ção artificial: implicaçõ ções da deficiência de saneamento para as mudanças

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1 MUDANÇAS AS CLIMÁTICAS GLOBAIS E SEUS IMPACTOS NOS RECURSOS HÍDRICOS H NO BRASIL Projeçõ ções das emissões es de gases de efeito estufa relacionadas à eutrofizaçã ção artificial: implicaçõ ções da deficiência de saneamento para as mudanças as climáticas globais Donato S. Abe,, Corina Sidagis Galli e José G. Tundisi Associaçã ção o Instituto Internacional de Ecologia e Gerenciamento Ambiental

2 Temas de interesse especial para o Seminário: i) o comportamento do ciclo hidrológico e a disponibilidade de recursos hídricos; ii) o impacto destas alterações na qualidade da água e suas conseqüências para a saúde humana, o saneamento básico e a sustentabilidade; iii) as alterações do ciclo hidrológico nas áreas urbanas e metropolitanas e suas conseqüências para a segurança coletiva das populações dessas regiões,; iv) os efeitos das atividades humanas na deterioração e uso excessivo do solo e de que forma estas atividades estão deteriorando os recursos hídricos e exacerbando os impactos das mudanças globais; v) impactos nos ecossistemas aquáticos, na biodiversidade aquática e nos usos múltiplos dos sistemas aquáticos (rios, lagos, represas. áreas alagadas).

3 Eutrofização artificial : enriquecimento da água por ação antrópica resultante do aumento, principalmente, da concentração de nitrogênio e fósforo, que causa deterioração da qualidade da água e efeitos deletérios à biodiversidade do ambiente (Bicudo & Bicudo, 2008). Estado trófico Densidade demográfica Oligotrófico Mesotrófico Eutrófico Hipereutrófico Presença de cianobactérias potencialmente tóxicas Fonte: Projeto Brasil das Águas (

4 Densid.demogr. P total médio Região Hidrográfica (hab/km 2 )* (ug-p/l) 1 Amazonas 2,0 39,35 2 Tocantins 8,2 26,83 3 Costeira Norte 0,7 37,98 4 Costeira NE Ocidental 18,7 42,25 5 Parnaíba 10,9 21,58 6 Costeira NE Oriental 75,2 87,47 7 Costeira Leste 36,4 63,98 8 São Francisco 20,1 43,95 9 Paraguai 5,2 57,33 10 Paraná 62,1 64,07 11 Costeira Sudeste 111,5 71,74 12 Costeira Sul 62,4 77,57 13 Uruguai 22,0 21,88 * Fonte: Censo Demográfico de 2000 (IBGE). 100 Relação entre densidade demográfica e concentração média de P total nas Regiões Hidrográficas do Brasil P total médio** (µg-p/l) y = 0,48223x + 34,31498 R = 0,76555 p = 0, Densidade demográfica* (hab/km 2 ) *: dados do Censo 2000 do IBGE. **: dados obtidos em 1162 pontos nos corpos de água em todo o território brasileiro pelo Projeto Brasil das Águas. Adaptado de Abe et al. (2006).

5 Uma das principais causas da eutrofização artificial nos sistemas aquáticos continentais do Brasil: descarga de esgotos domésticos sem tratamento, agravada pelo crescimento de ocupações irregulares e falta de sistema de saneamento em grandes áreas urbanas. Ocupação irregular na Região Metropolitana de S.Paulo.

6 Rede de esgotos no Brasil em 2008 (segundo Ministério das Cidades): índice médio de coleta : 69,7 % índice médio de tratamento: 25 % O Ministério das Cidades prevê a aplicação de R$ 40 bilhões até 2010, no chamado PAC do Saneamento, em referência ao Programa de Aceleração do Crescimento.

7 Representação esquemática das principais consequências da eutrofização em um reservatório. Straskraba & Tundisi (2000).

8 : Projeto FAPESP: Estudo da relação entre o estado trófico e a emissão de gases de efeito estufa (CH 4, CO 2 e N 2 O) nos reservatórios do médio rio Tietê. Estado de São Paulo Promissão Ibitinga Reservatórios do médio Tietê Barra Bonita Rio Tietê Região Metropolitana de São Paulo

9 500 Concentrações de nutrientes na água P total - Valores médios Reservatórios do Médio Rio Tietê Nitrato - Valores médios Reservatórios do Médio Rio Tietê P total (ug-n/l) Período seco Período chuvoso NO 3 - (ug-n/l) Período seco Período chuvoso BB-MO BB-ME BB-BA IB-MO IB-BA PR-MO PR-ME PR-BA Barra Bonita Ibitinga Promissão (hipereutrófico/eutrófico) (eutrófico) (oligotr./mesotrófico) Montante Jusante 0 BB-MO BB-ME BB-BA IB-MO IB-BA PR-MO PR-ME PR-BA Barra Bonita Ibitinga Promissão (hipereutrófico/eutrófico) (eutrófico) (oligotr./mesotrófico) Montante Jusante 25,0 Taxas de emissão de CH 4 e N 2 O através da interface água ar Taxa de emissão de CH 4 - interface água-ar 50 Taxa de emissão de N 2 O - interface água-ar CH 4 (mg m -2 d -1 ) 20,0 15,0 10,0 5,0 Período seco Período chuvoso N 2 O (mg m -2 d -1 ) Período seco Período chuvoso 0,0 BB-MO BB-ME BB-BA IB-MO IB-BA PR-MO PR-ME PR-BA Barra Bonita Ibitinga Promissão (hipereutrófico/eutrófico) (eutrófico) (oligotr./mesotrófico) Montante Jusante 0 BB-MO BB-ME BB-BA IB-MO IB-BA PR-MO PR-ME PR-BA -10 Barra Bonita Ibitinga Promissão (hipereutrófico/eutrófico) (eutrófico) (oligotr./mesotrófico) Montante Jusante Fonte: Abe et al. (2006).

10 Correlação entre P total na água e taxas de emissão de CH 4 e N 2 O na interface água ar medidas com câmaras de difusão (Abe et al. 2006). CH 4 (mg m -2 d -1 ) P total x Taxa de emiss. CH 4 y = 0,049776x + 4, R 2 = 0, N = 16 p = 0, P total (µg-p/l) N 2 O (mg m -2 d -1 ) P total x Taxa emiss. de N 2 O y = 0,119388x - 1, R² = 0, N = 16 p < 0, P total (µg-p/l) CH 4 (mg m 2 d 1 ) = 0, x P total (ug/l) + 4, N 2 O (mg m 2 d 1 ) = 0, x P total (ug/l) 1,890251

11 CH 4 (mg m 2 d 1 ) = 0, x P total (ug/l) + 4, N 2 O (mg m 2 d 1 ) = 0, x P total (ug/l) 1, Tomando se como base esses modelos lineares, foi realizada uma projeção das taxas de emissão de CH 4 e N 2 O na represa de Barra Bonita para 2010 e 2020, utilizando se séries históricas da concentração de P total na represa de Barra Bonita (1989 a 2006).

12 P total (ug/l) Projeção da concentração de P Projeção total na represa baseada de na Barra evolução Bonita da concentração baseada no crescimento de P total na represa populacional de Barra na RMSP Bonita Concentração média anual de P total na represa de Barra Bonita P total observado P total observado P total estimado P total observado Projeção P total realística estimado baseada no crescimento populacional y = 6,66575 * x ,06 y = -386,40909 R 2 + = (20,702 * ,58781 / PI) * (123,37362 N = / (4 9 * (x ,38328)^ ,37362^2)) p = 0, Ano População (habitantes x 10 6 ) Projeção da população na RMSP (SEADE, 2007) Projeção da População da RMSP (SEADE, 2007) Ano Série histórica baseada em UNEP IETC (2001) e Abe et al. (2009).

13 Emissões extrapoladas para todo o reservatório de Barra Bonita baseada na projeção do crescimento populacional na RMSP: Concentração de Taxa de emissão (ton/dia) Ano P total (ug/l) CH 4 N 2 O , Cenário com tratamento atual (25%) 217, Cenário c/ tratamento de 80 % 43, Taxa média de produção de CH 4 na ETE de Barueri = 7680 ton CH 4 d 1 (Coelho et al. 2006) para população de 3,2 milhões de hab. Emissões de N 2 O em todas as ETEs de Paris = ton N 2 O d 1 (Tallec et al. 2008) para população de 2,18 milhões de hab. Emissão de N 2 O na ETE Barueri: algo em torno de 2000 ton N 2 O d 1

14 Reservatório de Barra Bonita: apresenta condições favoráveis para ocorrência de desnitrificação: Valores muito elevados de nitrato e matéria orgânica dissolvida; Hipolímnio frequentemente deficiente em oxigênio Variação de amônio, nitrito e nitrato ao longo do rio Tietê Projeto Brasil das Águas NH4 + e NO3 - (µg-n/l) Região Metropolitana de São Paulo Nitrato Amônio Nitrito NO2 - (µg-n/l) 0 0 Res.Ponte Nova Res.Barra Bonita Res.Ibitinga Res.Três Irmãos-mont. Res.Três Irmãos-jusante Nascente Foz (rio Paraná) Fonte: Abe et al. (2006).

15 Reservatórios mesotróficos e oligotróficos: baixas emissões de N 2 O em função das baixas concentrações de nitrato existentes no hipolímnio e nos sedimentos. NO 3 - (ug-n/l) Nitrato - Valores médios Reservatórios do Médio Rio Tietê Período seco Período chuvoso BB-MO BB-ME BB-BA IB-MO IB-BA PR-MO PR-ME PR-BA Barra Bonita Ibitinga Promissão (hipereutrófico/eutrófico) (eutrófico) (oligotr./mesotrófico) Montante Jusante N 2 O (mg m -2 d -1 ) Taxa de emissão de N 2 O - interface água-ar Período seco Período chuvoso 0 BB-MO BB-ME BB-BA IB-MO IB-BA PR-MO PR-ME PR-BA -10 Barra Bonita Ibitinga Promissão (hipereutrófico/eutrófico) (eutrófico) (oligotr./mesotrófico) Montante Jusante Fonte: Abe et al. (2006).

16 Reservatórios mesotróficos e oligotróficos: baixas emissões de N 2 O em função das baixas concentrações de nitrato existentes no hipolímnio e nos sedimentos. Fluxo difusivo médio Conc. de Nitrato de N 2 O na interf. no hipolímnio sedim.-água Reservatório Estado trófico (µgn-no - 3 / L) (µg N-N 2 O m -2 d -1 ) Manso ( )* Oligotrófico 130,55 19,13 Serra da Mesa ( )* Oligotrófico 42,27 15,43 Corumbá ( )* Mesotrófico 314,50 49,43 Itumbiara ( )* Oligotrófico 203,47 20,92 L.C.B. Carvalho (Estreito) ( )* Oligotrófico 183,36 9,68 Funil ( )* Eutrófico 944,40 9,34 Furnas ( ) Oligotrófico/mesotrófico 160,91 8,48 Mascarenhas de Moraes ( )* Oligotrófico/mesotrófico 312,13 15,47 Barra Bonita ( )** Eutrófico/hipereutrófico 2342,94 864,92 **: Projeto O Balanço de Carbono nos Reservatórios de Furnas Centrais Elétricas S. A. **: Fonte: Abe et al. (2006).

17 Proposição de linhas de pesquisa e de tecnologia para o avanço do conhecimento e da aplicação no tema: 1) Quantificação das emissões de gases de efeito estufa em sistemas aquáticos continentais (temporais e espaciais), identificação das principais fontes de emissão e elaboração de planos para mitigação. Ênfase para sistemas eutrofizados e emissores potenciais de CH 4 e N 2 O;

18 Proposição de linhas de pesquisa e de tecnologia para o avanço do conhecimento e da aplicação no tema: 2) Estudos sobre o aproveitamento do CH 4 produzido em ETEs como fonte de energia renovável e como medida para redução das emissões para a atmosfera; Exemplos: Projeto ENERG BIOG "Instalação e Testes de uma Unidade de Demonstração de Geração de Energia Elétrica a partir de Biogás de Tratamento de Esgoto Desenvolvido pelo Centro de Referência Nacional em Biomassa (CENBIO), em parceria com a SABESP e a Biomass Users Network do Brasil (BUN) e financiado pela FINEP/CT ENERG Local de estudo: ETE Barueri, RMSP Período:

19 2009: Projeto Piloto da Companhia de Saneamento do Paraná (Sanepar) utilização de CH 4 produzido pela ETE Ouro Verde em Foz do Iguaçu PR para produção de energia elétrica (660 KW h por mês), incorporada ao Sistema da COPEL de distribuição. Com a implantação do Projeto Piloto, a ETE Ouro Verde deixou de emitir para a atmosfera o equivalente a 148 toneladas de CO 2 por ano. ETE Ouro Verde, Foz do Iguaçu PR

20 3) Estudos experimentais que visem a redução das emissões de N 2 O durante o processo de tratamento de esgotos Monitoramento do fluxo de N2O durante o processo de remoção biológica de nutrientes para determinação das emissões potenciais em ETEs; Determinação de mudanças operacionais para minimizar a produção de N2O durante o processo de remoção biológica de nutrientes. Projeto já em execução: Characterization of Greenhouse Nitrogen Emission from Wastewater Treatment Operations Financiadora: Water Environment Research Foundation (WERF) Executora: Columbia University, E.U.A. Projetos similares estão em andamento na Holanda, Austrália, Franca e Inglaterra.

21 Principais fontes de N 2 O nos Estados Unidos (US EPA, 2009). Equivalentes de CO2 (Tg) Fonte % do total em 2007 Fertilizantes aplicados na agricultura 200,3 202,3 204,5 210,6 208,4 207,9 66,7 Combustão móvel 43,7 53,7 52,8 36,7 33,5 30,1 9,7 Produção de ácido nítrico 20,0 22,3 21,9 18,6 18,2 21,7 7,0 Manejo de esterco 12,1 12,9 14,0 14,2 14,6 14,7 4,7 Combustão estacionária 12,8 13,3 14,5 14,8 14,5 14,7 4,7 Produção de ácido adípico (matéria prima para preparação do nylon) 15,3 17,3 6,2 5,9 5,9 5,9 1,9 Tratamanto de esgoto 3,7 4,0 4,5 4,8 4,8 4,9 1,6 Uso de produtos 4,4 4,6 4,9 4,4 4,4 4,4 1,4 Florestas 0,5 0,8 2,4 1,8 3,5 3,3 1,1 Compostagem 0,4 0,8 1,4 1,7 1,8 1,8 0,6 Assentamentos 1,0 1,2 1,2 1,5 1,5 1,6 0,5 Queima de resíduos da agricultura 0,4 0,4 0,5 0,5 0,5 0,5 0,2 Incineração de lixo 0,5 0,5 0,4 0,4 0,4 0,4 0,1 Áreas alagadas < 0,05 < 0,05 < 0,05 < 0,05 < 0,05 < 0,05 < 0,05 Combustíveis utilizados em transportes internacionais (jatos, navios, etc.) 1,1 0,9 0,9 1,0 1,0 1,0 0,3 Total nos Estados Unidos 315,0 334,1 329,2 315,9 312,1 311,9 100,0 Fonte: U.S. Emissions Inventory 2009: Inventory of U.S. Greenhouse Gas Emissions and Sinks:

22 Emissões de N 2 O na agricultura 1/3 relacionadas às emissões diretas do solo 1/3 relacionadas ao manejo de resíduos animais 1/3 relacionadas às emissões indiretas (lixiviação do N inorgânico para os sistemas hídricos e posterior processo de nitrificação e desnitrificação). Dentre as fontes antropogênicas, solos cultivados contribuem com 50 a 70 % do total (IPCC, 2001). Estimativas do uso contínuo e crescente de fertilizantes na agricultura apontam para um aumento anual na emissão de N 2 O de 1,4 % em 1990 para 2,8 % em Porém, Kroeze (1993) assume que as emissões per capita de N 2 O irá diminuir em 50 % até 2100 em função do maior policiamento da utilização mais eficiente de fertilizantes sintéticos na agricultura.

23 Substituição de florestas por pastagens (queimadas) aumenta a disponibilidade imediata de N inorgânico (NH 4+, NO 2, NO 3 ) no solo graças àrápida mineralização provocada pelo fogo; pastagens novas liberam quantidades significativas de N 2 O, dependendo do referido aumento na disponibilidade de N para os microrganismos desnitrificantes. parte do N é perdido sob formas gasosas (N 2 O e NO x ) durante a queima da floresta.

24 Proposição para redução das emissões de N2O na agricultura Estudos que visem a mitigação das emissões diretas e indiretas de N 2 O (aplicação otimizada de fertilizantes nas lavouras, uso de compostos com liberação lenta de nitrogênio ou de alta razão C/N, uso de inibidores de nitrificação, etc.).

25 OBRIGADO! E mail: donatoabe@iie.com.br