Poluição Ambiental Nitrogênio e Fósforo. Prof. Dr. Antonio Donizetti G. de Souza UNIFAL-MG Campus Poços de Caldas

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1 Poluição Ambiental Nitrogênio e Fósforo Prof. Dr. Antonio Donizetti G. de Souza UNIFAL-MG Campus Poços de Caldas

2 Nitrogênio Importância Componente básico da biomassa (proteínas) Fator limitante p/ Produção Primária Crescimento de algas e plantas aquáticas Formas nos corpos hídricos: 1. N 2 : Nitrogênio molecular 2. N-org: Nitrogênio orgânico 3. NH 3 : Amônia livre 4. NH 4+ : Amônia ionizada (íon amônio) 5. NO 2 : Nitrito 6. NO 3 : Nitrato

3 Nitrogênio Poluição da Água Aspectos Importantes: a) Elevadas concentrações: Causa Eutrofização. b) NO 3 em excesso na água de consumo provoca pode provocar Metahemoglobinemia Meta-Hb, hemoglobina não se liga ao O 2 (pode manifestar Cianose). c) Na forma NH 3 é tóxico aos peixes. d) Lançamento de efluentes (Poluição) Próximo ao lançamento: N-Org e NH 3 Mais distantes (+ a jusante): NO 3 (elevação do OD)

4 Equilíbrio da Amônia NH + 4 NH 3 + H + Amônia Amônia Ionizada Livre Equilíbrio em função do ph e Temperatura ph < 8 Forma de NH + 4 ph=9,5 50% NH 3 e 50% NH + 4 ph > 11 Forma de NH 3 Importância ambiental Em ph ~ 7,0: Predomina NH 4 + (não NH 3, que é tóxica)

5 Distribuição % de NH 3 livre NH4 + em função do ph

6 CONAMA 357/05 Classe 2 CONAMA 430/11 Padrão de Lançamento

7 Fósforo Importância Mineral fundamental: estrutura de proteínas, carboidratos, ácidos nucleicos (DNA e RNA) e ATP. Crescimento de algas e plantas aquáticas. Fator limitante p/ produção primária. Elevadas concentrações Eutrofização. Importância econômica: Fabricação de detergentes, fertilizantes, agentes anticorrosivos, materiais a prova de fogo, inseticidas, aditivos de gasolina, etc. Fontes Naturais: Rochas da bacia de drenagem, material particulado presente na atmosfera e decomposição de organismos. Fontes Artificiais: Esgotos industriais/domésticos, agricultura, material particulado da atmosfera.

8 Fósforo - Formas nos corpos hídricos: Toda forma de Fósforo presente em águas naturais, encontra-se sob a forma de Fosfato, o qual está presente sob diversas formas, segundo Esteves (1998): Fosfato Particulado (PP) Fosfato Total Dissolvido (PTD) Fosfato Orgânico Dissolvido (POD) Fosfato Inorgânico Dissolvido ou Ortofosfato ou Fosfato Reativo Fosfato Total (PT) PT = PTD + PTP Principal forma assimilável para organismos

9 Fósforo Ortofosfatos (P-orto) Fosfato reativo Principal forma assimilável para organismos PO 4 3- HPO 4 2- H 2 PO 4 - H 3 PO 4 Função do ph Mais comum: HPO 4 2- Em ambientes tropicais (alta temperatura), o metabolismo dos organismos aumenta consideravelmente, fazendo com que o ortofosfato seja rapidamente assimilado e incorporado na sua biomassa. Este é um dos principais motivos pelo qual, nestes ambientes, a concentração de ortofosfato seja muito baixa.

10 CONAMA 357/05 Classe 2

11 Nitrogênio e Fósforo São nutrientes importantes para crescimento de microorganismos. Limitantes a produção primária em ambientes aquáticos. Indicadores de processo de Eutrofização Artificial.

12 Eutrofização Segundo a Resolução CONAMA 454/2012 Eutrofização é um processo natural ou antrópico de enriquecimento dos corpos d'água por nutrientes, em particular nitrogênio e fósforo, sucedido de aumento da produção primária (proliferação de algas e demais espécies fotossintetizantes) com consequente prejuízo à qualidade ambiental, à biota aquática e à harmonia da paisagem.

13 Eutrofização Graus de Trofia de Lagos e Reservatórios Classificação Geral Oligotrófico : Lagos/Reservatórios claros e com baixa produtividade. Mesotrófico: Lagos/Reservatórios com produtividade intermediária. Eutrófico: Lagos/Reservatórios com elevada produtividade, comparada ao nível natural básico. Eutrofização Artificial Aumento da concentração de nutrientes (N e P), tendo como consequência o aumento da produtividade.

14 Eutrofização Natural x Artificial 1. Natural: Envelhecimento Natural do Lago Processo lento e contínuo Entrada de nutrientes: chuvas e águas superficiais 2. Artificial: Envelhecimento Precoce do Lago Antropogênica (atividades humanas) Entrada de nutrientes: efluentes, agricultura, etc Poluição

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19 Eutrofização Consequências Problemas estéticos/recreacionais Redução de OD (regiões profundas) Mortandade de peixes Elevação dos custos de tratamento para determinados usos Toxicidade de algas ( Floração de Cianobactérias) Ex: Microcystis sp Problemas na navegação Outros

20 Controle da Eutrofização Artigo: UTILIZAÇÃO DE SISTEMAS DE WETLANDS CONSTRUÍDAS PARA TRATAMENTO DE ÁGUAS Salatti, E. Piracicaba/SP

21 IET Índice de Estado Trófico - Rios e Reservatórios Finalidade: Classificar corpos d água em diferentes graus de trofia. Variáveis: Fósforo Total e Clorofila a Rios IET (PT) = 10x(6-((0,42-0,36x(ln PT))/ln 2))-20 IET (CL) = 10x(6-((-0,7-0,6x(ln CL))/ln 2))-20 Reservatórios IET (PT) = 10x(6-(1,77-0,42x(ln PT)/ln 2)) IET (CL) = 10x(6-((0,92-0,34x(ln CL))/ln 2)) Para PT e Clorofila a IET = [ IET ( PT ) + IET ( CL) ] / 2 PT e CL em g.l-1 Lamparelli (2004)

22 IET Índice de Estado Trófico - Rios e Reservatórios Rios: IET PT 0,42 0,36 ln PT ln 2 Reservatórios: IET PT ,77 0,42 ln 2 ln PT Obs: PT em g/l

23 Classificação do Estado Trófico para rios segundo Índice de Carlson Modificado por Lamparelli (2004). Classificação do Estado Trófico - Rios Categoria Secchi - S P-total - P Clorofila a (Estado Trófico) Ponderação (m) (ug/l) (ug/l) Ultraoligotrófico IET 47 P 13 CL 0,74 Oligotrófico 47 < IET 52 13< P 35 0,74 < CL 1,31 Mesotrófico 52 < IET < P 137 1,31 < CL 2,96 Eutrófico 59 < IET < P 296 2,96 < CL 4,70 Supereutrófico 63 < IET < P 640 4,70 < CL 7,46 Hipereutrófico IET> < P 7,46 < CL

24 Lamparelli (2004)

25 Classificação do Estado Trófico para reservatórios segundo Índice de Carlson Modificado. Classificação do Estado Trófico - Reservatórios Categoria Secchi - S P-total - P Clorofila a Ponderação (Estado Trófico) (m) (mg.m -3 ) (mg.m -3 ) Ultraoligotrófico IET 47 S 2,4 P 8 CL 1,17 Oligotrófico 47 < IET 52 2,4 > S 1,7 8 < P 19 1,17 < CL 3,24 Mesotrófico 52 < IET 59 1,7 > S 1,1 19 < P 52 3,24 < CL 11,03 Eutrófico 59 < IET 63 1,1 > S 0,8 52 < P ,03 < CL 30,55 Supereutrófico 63 < IET 67 0,8 > S 0,6 120 < P ,55 < CL 69,05 Hipereutrófico IET> 67 0,6 > S 233 < P 69,05 < CL

26 Classificação Ultraoligotrófico Oligotrófico Mesotrófico Eutrófico Supereutrófico Hipereutrófico Descrição Corpos d água limpos, de produtividade muito baixa e concentrações insignificantes de nutrientes que não acarretam em prejuízos aos usos da água; Corpos d água limpos, de baixa produtividade, em que não ocorrem interferências indesejáveis sobre os usos da água, decorrentes da presença de nutrientes; Corpos d água com produtividade intermediária, com possíveis implicações sobre a qualidade da água, mas em níveis aceitáveis, na maioria dos casos; Corpos d água com alta produtividade em relação às condições naturais, com redução da transparência, em geral afetados por atividades antrópicas, nos quais ocorrem alterações indesejáveis na qualidade da água decorrentes do aumento da concentração de nutrientes e interferências nos seus múltiplos usos; Corpos d água com alta produtividade em relação às condições naturais, de baixa transparência, em geral afetados por atividades antrópicas, nos quais ocorrem com frequência alterações indesejáveis na qualidade da água, como a ocorrência de episódios florações de algas, e interferências nos seus múltiplos usos; Corpos d água afetados significativamente pelas elevadas concentrações de matéria orgânica e nutrientes, com comprometimento acentuado nos seus usos, associado a episódios florações de algas ou mortandades de peixes, com consequências indesejáveis para seus múltiplos usos, inclusive sobre as atividades pecuárias nas regiões ribeirinhas.

27 Aplicação do IET 1. Com os dados de Absorbância obtidos no Laboratório, calcule as concentrações de Fósforo Total (mg/l) para os pontos amostrados no rio Lambari. 2. Calcule o IET aos Pontos de coleta do rio Lambari (P1 a P4). 3. Classifique o estado trófico dos Pontos amostrados.

28 Modelo Simplificado Estimativa da Concentração de Fósforo em corpos hídricos (reservatórios) Fonte Drenagem Tipo Áreas de matas e florestas Valores típicos Unidade 10 kgp/km 2.ano Áreas agrícolas 50 kgp/km 2.ano Áreas urbanas 100 kgp/km 2.ano Esgotos Domésticos 0,4 kgp/hab.ano

29 Faixas aproximadas de valores de fósforo total para os principais graus de trofia Classe de trofia Concentração de fósforo total na represa (mg/m 3 ) Ultraoligotrófico < 5 Oligotrófico < Mesotrófico Eutrófico Hipereutrófico > 100

30 L 1 PV..( t t ) P = concentração de fósforo no corpo d água (gp/m 3 ) L = carga afluente de fósforo (kgp/ano) V = volume da represa (m 3 ) t = tempo de residência (ano) t V Q [ anos] V: Volume do Reservatório Q: Vazão média do Afluente (tributários + esgotos) (m3/ano)