Ciências do Ambiente

Transcrição

1 Universidade Federal do Paraná Engenharia Civil Ciências do Ambiente Aula 29 O meio aquático V: Eutrofização e Índices de Qualidade de Água 2º Semestre/

2 Mecanismos de circulação de lagos/reservatórios

3 Estratificação térmica de lagos e reservatórios Estratificação térmica: camadas de distintas temperaturas (e densidade) na coluna d água Decaimento exponencial da absorção da radiação solar ao penetrar na água CONDIÇÃO DE ESTABILIDADE: - camada superior mais quente e menos densa - camada inferior mais fria e mais densa

4 Estratificação térmica de lagos e reservatórios Condição de estabilidade induzida pela estratificação térmica: Inibe os processos de transporte de calor e massa no reservatório Problemas relativos à qualidade da água

5 Eutrofização Proliferação de algas e macrófitas em corpos d água Resultado do aumento da concentração de nutrientes Comprometimento do uso da água para abastecimento doméstico e industrial

6 Eutrofização - evolução no processo Excesso de nutrientes Aumento da biomassa vegetal Diminuição do processo de aeração superficial Condições anaeróbias no hipolímnio Aumento da DBO Morte de organismos sensíveis à redução de OD Predomínio de bactérias anaeróbias e facultativas no fundo do lago

7 Eutrofização formas de controle Medidas preventivas (atuação na bacia hidrográfica) Redução das fontes externas Medidas corretivas (atuação no lago ou represa) Processos mecânicos Processos químicos Processos biológicos

8 Estimativa da carga de fósforo afluente a um lago ou represa Estimar o grau de trofia em um reservatório com base na concentração de fósforo. Caso sejam encontradas condições eutróficas, estimar a carga máxima admissível para que sejam evitadas condições eutróficas. Dados: Volume do reservatório: 10 x 10 6 m³ Vazão média afluente (tributários + esgotos): 50 x 10 6 m³/ano Área de drenagem: 60 km² (sendo área de matas igual a 40 km² e áreas agrícolas igual a 10 km², e 10 km² de área urbana) População contribuinte (esgotos): habitantes Características dos esgotos: esgoto doméstico bruto sem tratamento.

9 Estimativa da carga de fósforo afluente a um lago ou represa Estimar o grau de trofia em um reservatório com base na concentração de fósforo. Caso sejam encontradas condições eutróficas, estimar a carga máxima admissível para que sejam evitadas condições eutróficas. Etapas de cálculo: Estimativa da carga de fósforo afluente ao resevatório Estimativa do tempo de detenção hidráulica Estimativa da concentração de fósforo no reservatório Avaliação do grau de trofia do reservatório Redução da carga afluente de fósforo

10 Estimativa da carga de fósforo afluente a um lago ou represa 1) ESTIMATIVA DA CARGA DE FÓSFORO AFLUENTE AO RESERVATÓRIO Principais formas de fósforo a um lago ou represa Fonte Tipo Valores típicos Unidade Drenagem Áreas de matas e florestas 10 kgp/km 2.ano Áreas agrícolas 50 kgp/km 2.ano Áreas urbanas 100 kgp/km 2.ano Esgotos Domésticos 1,0 kgp/hab.ano

11 Estimativa da carga de fósforo afluente a um lago ou represa 1) ESTIMATIVA DA CARGA DE FÓSFORO AFLUENTE AO RESERVATÓRIO Esgotos domésticos brutos: hab x 0,4 kgp/hab.ano = kgp/ano Escoamento das áreas de matas: 40 km 2 x 10 kgp/km 2.ano = 400 kgp/ano Escoamento das áreas agrícolas: 10 km 2 x 50 kgp/km 2.ano = 500 kgp/ano Escoamento das áreas urbanas: 10 km 2 x 100 kgp/km 2. ano = kgp/ano Carga total afluente ao reservatório L = =8.300 kgp/ano Em que L é a carga afluente de fósforo (kgp/ano)

12 Estimativa da carga de fósforo afluente a um lago ou represa 2) ESTIMATIVA DO TEMPO DE DETENÇÃO HIDRÁULICO t = V Q t V Q 10x x10 m m / ano 0,20 anos Em que t é o tempo de detenção hidráulico (d); V é o volume (m³); Q é a vazão (m³/ano)

13 Estimativa da carga de fósforo afluente a um lago ou represa 3) ESTIMATIVA DA CONCENTRAÇÃO DE FÓSFORO NO RESERVATÓRIO Modelo proposto por Vollenweider (1976), modificado por Salas e Martino (1991) para condições tropicais P = V. L t + 2 t Em que L é a carga total de fósforo afluente (kgp/ano); t é o tempo de detenção hidráulico (d); V é o volume (m³); P é a concentração de fósforo no corpo d água (gp/m³)

14 Estimativa da carga de fósforo afluente a um lago ou represa 3) ESTIMATIVA DA CONCENTRAÇÃO DE FÓSFORO NO RESERVATÓRIO P = V. L t + 2 t = , ,20 = 0,088 gp m3 = 88 mgp/m³ Em que L é a carga total de fósforo afluente (kgp/ano); t é o tempo de detenção hidráulico (d); V é o volume (m³).

15 Estimativa da carga de fósforo afluente a um lago ou represa 4) AVALIAÇÃO DO GRAU DE TROFIA DO RESERVATÓRIO Como a concentração de fósforo encontrada foi igual a 88 mgp/m³, comparando-se com valores tabelados, tem-se que: Classe de trofia Concentração de fósforo total na represa (mg/m 3 ) Ultraoligotrófico < 5 Oligotrófico < Mesotrófico Eutrófico Hipereutrófico > 100 São necessárias medidas de controle para que o lago possa reverter a sua condição de eutrofização

16 Estimativa da carga de fósforo afluente a um lago ou represa 5) REDUÇÃO DA CARGA AFLUENTE DE FÓSFORO Carga máxima admissível de fósforo em um lago, fixando-se, neste caso, uma concentração máxima no lago em função dos graus de trofia L = P. V. 1 t + 2 t 10 3 Em que L é a carga total de fósforo afluente (kgp/ano); t é o tempo de detenção hidráulico (d); V é o volume (m³), P é a concentração de fósforo no corpo d água (gp/m³)

17 Estimativa da carga de fósforo afluente a um lago ou represa 5) REDUÇÃO DA CARGA AFLUENTE DE FÓSFORO L = L = P. V. 1 t + 2 t , , ,20 10³ L = kgp/ano Adotando-se um valor de 50 mgp/m³ (limite de condição mesotrófica) A carga afluente deverá ser reduzida de kgp/ano para kgp/ano

18 Índices de Qualidade de Água Sistematizam a informação de um grande número de variáveis: Facilita a análise para os operadores de saneamento e gestores ambientais São utilizados para classificar os corpos d água em faixas de qualidade: Péssima Ruim Regular Boa Ótima

19 Índices de Qualidade de Água EXEMPLOS DE ÍNDICES UTILIZADOS PELA CETESB ESTADO DE SÃO PAULO: IET Índice de Estado Trófico (várias modificações e inclusão de novas variáveis) IQA Índice de Qualidade de Água IAP Índice de Qualidade de Água Bruta com vistas ao abastecimento público (21 variáveis envolvidas) IB Índice de Balneabilidade: avalia a qualidade da água para recreação (1 variável) IVA Índice de Qualidade das Águas para fins de proteção da vida aquática dos rios e reservatórios (12 variáveis, ensaios toxicológicos e clorofila-a)

20 IET - Índice de Estado Trófico PARÂMETROS UTILIZADOS PARA O CÁLCULO DO IET Equação adotada pela Cetesb (Lamparelli, 2004) - FÓSFORO Rios IEP = ,42 0,36. lnpt ln2 Reservatórios IEP = ,77 0,42. lnpt ln2 Em que PT é a concentração de fósforo total (µg/l)

21 IET - Índice de Estado Trófico PARÂMETROS UTILIZADOS PARA O CÁLCULO DO IET Equação adotada pela Cetesb (Lamparelli, 2004) - CLOROFILA-A Rios IEP = ,7 0,6. lncl ln2 20 Reservatórios IEP = ,92 0,34. lncl ln2 Em que Cl é a concentração de clorila-a (µg/l)

22 IET - Índice de Estado Trófico MEDIDA DA PROFUNDIDADE DO DISCO DE SECCHI Medida da zona fótica Reservatório Billings

23 IET - Índice de Estado Trófico

24 IET - Índice de Estado Trófico

25 IQA - Índice de Qualidade de Água Calculado do produtório ponderado de 9 parâmetros de um conjunto de indicadores específicos: IQA = N i=1 q i w i Onde: IQA é o índice de qualidade de água (valor entre 0 e 100), N é o número de parâmetros utilizados no cálculo do índice, q i é o valor de qualidade do parâmetro i em uma escala de e w i é o peso atribuído ao parâmetro i.

26 IQA - Índice de Qualidade de Água Parâmetros e pesos (metodologia Cetesb): Parâmetro de Qualidade de Água Peso (w) Oxigênio dissolvido 0,17 Coliformes termotolerantes 0,15 ph 0,12 DBO5 0,10 Temperatura da água 0,10 Nitrogênio Total 0,10 Fósforo Total 0,10 Turbidez 0,08 Resíduo total (sólidos) 0,08

27 IQA - Índice de Qualidade de Água Valor de qualidade (q) de cada parâmetro:

28 IQA - Índice de Qualidade de Água Valores de IQA classificados em faixas (variável entre estados) Faixas de IQA para os estados: AL, MG, MT, PR, RJ, RN, RS Faixas de IQA para os estados: BA, CE, ES, GO, MS, PB, PE, SP Avaliação da qualidade da água Ótima Boa Razoável Ruim Péssima

29 IQA - Índice de Qualidade de Água Limitações: Não analisa vários parâmetros importantes para o abastecimento público, tais como substâncias tóxicas (metais pesados, pesticidas, compostos orgânico) Não considera organismos patogênicos tais como protozoários Não considera substâncias que interferem nas propriedades organolépticas da água

30 IQAR - Índice de Qualidade de Água em Reservatórios Criado pelo Instituto Ambiental do Paraná IAP, para verificar a degradação da qualidade da água dos reservatórios IQAR = w i. q i w i Onde: w i é o peso da variável i; q i é a classe de qualidade em relação à variável i (pode variar de 1 a 6)

31 IQAR - Índice de Qualidade de Água em Reservatórios Parâmetros e respectivos pesos para o cálculo do IQAR:

32 IQAR - Índice de Qualidade de Água em Reservatórios Faixas de avaliação do IQAR: Classe Valor do IQAR Qualificação I 0-1,50 Não impactado a muito pouco impactado II 1,51-2,50 Pouco degradado III 2,51-3,50 Moderadamente degradado IV 3,51-4,50 Criticamente degradado a poluído V 4,51-5,50 Muito poluído VI > 5,51 Extremamente poluído

33 RESERVATÓRIOS DE ABASTECIMENTO CURITIBA E RMC

34 IQAR - Índice de Qualidade de Água em Reservatórios Fonte: IAP Monitoramento da qualidade das águas dos reservatórios do Estado do Paraná 2005 a 2008

35 IQAR - Índice de Qualidade de Água em Reservatórios Fonte: IAP Monitoramento da qualidade das águas dos reservatórios do Estado do Paraná 2005 a 2008

36 IQAR - Índice de Qualidade de Água em Reservatórios Fonte: IAP Monitoramento da qualidade das águas dos reservatórios do Estado do Paraná 2005 a 2008

37 IQAR - Índice de Qualidade de Água em Reservatórios Fonte: IAP Monitoramento da qualidade das águas dos reservatórios do Estado do Paraná 2005 a 2008

38 PARQUES PÚBLICOS - CURITIBA

39 IQAR - Índice de Qualidade de Água em Reservatórios Fonte: IAP Monitoramento da qualidade das águas dos reservatórios do Estado do Paraná 2005 a 2008

40 IQAR - Índice de Qualidade de Água em Reservatórios Fonte: IAP Monitoramento da qualidade das águas dos reservatórios do Estado do Paraná 2005 a 2008

41 IQAR - Índice de Qualidade de Água em Reservatórios Fonte: IAP Monitoramento da qualidade das águas dos reservatórios do Estado do Paraná 2005 a 2008

42 RESERVATÓRIOS DE GERAÇÃO DE ENERGIA RIO IGUAÇU

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44 IB - Índice de Balneabilidade Avalia a condição da água para recreação de contato primário. Utilizado para praias litorâneas e em águas interiores. Monitoramento semanal ou mensal da presença de Escherichia coli (indicação de contaminação fecal)

45 IB - Índice de Balneabilidade Resolução CONAMA 274/2000 Define os critérios de balneabilidade das águas brasileiras Águas impróprias para banho: Valor superior a coliformes fecais (termotolerantes) ou 2000 Escherichia coli Floração de algas de outros organismos Incidência elevada ou anormal de enfermidades transmissíveis por via hídrica Onde e quando a contaminação é maior?

46 Universidade Federal do Paraná Engenharia Civil Ciências do Ambiente/2015 MUITO OBRIGADA! 2º Semestre/