Universidade Federal do Paraná Engenharia Civil Ciências do Ambiente Aula 28 O meio aquático V: Eutrofização 2º Semestre/ 2015 1
Mecanismos de circulação de lagos/reservatórios
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
Estratificação térmica de lagos e reservatórios Epilímnio: Camada superior mais quente, menos densa e mais turbulenta. Produção de oxigênio (zona eufótica presença de luz) Metalímnio: Camada intermediária (dificulta a passagem de calor e gases) Termoclina: plano imaginário que passa pelo ponto de máximo gradiente no perfil vertical de temperatura Hipolímnio: Camada inferior mais fria, mais densa e menos turbulenta Consumo de oxigênio para a decomposição
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
Estratificação térmica de lagos e reservatórios FATORES QUE INTERFEREM NO PROCESSO DE MISTURA: Transferência de calor pela interface ar-água Mistura advectiva gerada pela movimentação das vazões de entrada e saída Mistura provocada pela turbulência induzida pelo vento
Estratificação térmica de lagos e reservatórios VARIAÇÃO DO PERFIL DE ESTRATIFICAÇÃO DURANTE O ANO
VARIAÇÃO DO PERFIL DE ESTRATIFICAÇÃO DURANTE O ANO
Estratificação térmica de lagos e reservatórios CIRCULAÇÃO DE NUTRIENTES NAS CAMAS ESTRATIFICADAS
Estratificação térmica de lagos e reservatórios CIRCULAÇÃO OXIGÊNIO NAS CAMAS ESTRATIFICADAS
Estratificação térmica de lagos e reservatórios CIRCULAÇÃO OXIGÊNIO NAS CAMAS ESTRATIFICADAS Exemplo de perfil vertical de concentração de oxigênio ao longo do tempo
Estratificação térmica de lagos e reservatórios QUALIDADE DA ÁGUA INTERFERÊNCIAS NA CAPTAÇÃO PARA FINS DE ABASTECIMENTO DE ÁGUA POTÁVEL Rios: Instalar a montante de descargas poluidoras Reservatórios: Nem tão superficiais, nem tão profundas (podem ocorrer problemas de natureza física, química e biológica)
Estratificação térmica de lagos e reservatórios QUALIDADE DA ÁGUA INTERFERÊNCIAS NA CAPTAÇÃO PARA FINS DE ABASTECIMENTO DE ÁGUA POTÁVEL Natureza física: Superficialmente: ações físicas danosas (ventos, correntezas, impactos de corpos afluentes). Em profundidade: maior quantidade de sedimentos em suspensão (encarece ou dificulta a remoção da turbidez no processo de tratamento) 13
Estratificação térmica de lagos e reservatórios QUALIDADE DA ÁGUA INTERFERÊNCIAS NA CAPTAÇÃO PARA FINS DE ABASTECIMENTO DE ÁGUA POTÁVEL Natureza química: Tendência na superfície de maior teor de dureza, de ferro e manganês Natureza biológica: Maior proliferação de algas nas camadas superiores da massa de água (odor desagradável e gosto ruim). A profundidade da lâmina dependerá da zona fótica (presença de luz) Fundo dos lagos: massa biológica de plânctons. 14
Fluxo de Matéria nos Ecossistemas Ciclos Biogeoquímicos
Reciclagem da matéria
Autodepuração de rios Nutrientes
Eutrofização É o aumento da concentração de nutrientes, especialmente fósforo e nitrogênio, nos ecossistemas aquáticos, que tem como consequência o aumento de suas produtividades (Esteves, 1998) Processo natural dentro da sucessão ecológica (sistema lacustre tende a transformar-se em um ecossistema terrestre) Aumento da produtividade biológica do lago
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
Graus de trofia Oligotrófico Lagos baixa produtividade e baixa concentração de nutrientes Mesotrófico Lagos com produtividade intermediária Eutrófico Lagos com elevada produtividade e alta concentração de nutrientes
Causas da eutrofização acelerada Em um sistema natural: crescimento é limitado pelas concentrações de oxigênio, carbono, nitrogênio e fósforo Em ambientes aquáticos: fósforo tem papel importante como elemento limitante ao crescimento Oxigênio, carbono e nitrogênio trocas com a fase gasosa do ciclo Fósforo aporte somente na fase sedimentar (fonte natural vem do intemperismo de rochas que contém fosfato)
Causas da eutrofização acelerada Excesso de fósforo: Esgotos domésticos Esgotos industriais Fertilizantes agrícolas Fatores meteorológicos: Radiação solar e temperatura (Lagos tropicais) Fatores morfológicos: Menor profundidade (incidência de luz), forma dendrítica (maio zona litorânea), maior tempo de residência (fluxo de água mais lento)
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
Eutrofização evolução no processo
Consequências da eutrofização Impactos sobre o ecossistema e a qualidade da água Impactos sobre a utilização dos recursos hídricos
Problemas da eutrofização 1. Problemas estéticos e de recreação: Diminuição do uso da água para recreação, balneabilidade e redução geral na atração turística devido a: frequentes florações das águas crescimento excessivo da vegetação vetores maus odores mortandade de peixes
Problemas da eutrofização 2. Condições anaeróbias no fundo do corpo de água No fundo do corpo de água predominam condições anaeróbias, devido à sedimentação da matéria orgânica, bem como à ausência de fotossíntese (ausência de luz). Com a anaerobiose, predominam condições redutoras, com compostos e elementos no estado reduzido: o ferro e o manganês encontram-se na forma solúvel, trazendo problemas ao abastecimento de água o fosfato encontra-se também na forma solúvel, representando uma fonte interna de fósforo para as algas o gás sulfídrico causa problemas de toxicidade e maus odores.
Problemas da eutrofização 3. Eventuais condições anaeróbias no corpo de água como um todo. Dependendo do grau de crescimento bacteriano, pode ocorrer, em períodos de mistura total da massa líquida (inversão térmica) ou de ausência de fotossíntese (período noturno), mortandade de peixes e reintrodução dos compostos reduzidos em toda a massa líquida, com grande deterioração da qualidade da água.
Problemas da eutrofização 4. Eventuais mortandades de peixes A mortandade de peixes pode ocorrer em função de: Anaerobiose (ausência de oxigênio) Toxicidade por amônia. Em condições de ph elevado (frequentes durante os períodos de elevada fotossíntese), a amônia apresenta-se em grande parte na forma livre (NH 3 ), tóxica aos peixes, ao invés de na forma ionizada (NH 4+ ), não tóxica.
Problemas da eutrofização 5. Maior dificuldade e elevação nos custos de tratamento da água A presença excessiva de algas afeta substancialmente o tratamento da água captada no lago ou represa, devido à necessidade de: remoção da própria alga remoção de cor remoção de sabor e odor maior consumo de produtos químicos lavagens mais frequentes dos filtros
Problemas da eutrofização 6. Problemas com o abastecimento de águas industriais Elevação dos custos para o abastecimento de água industrial devido a razões similares às anteriores, e também aos depósitos de algas nas águas de resfriamento. 7. Toxicidade das algas. Rejeição da água para abastecimento humano e animal em razão da presença de secreções tóxicas de certas algas. 8.Modificações na qualidade e quantidade de peixes de valor comercial 9. Redução na navegação e capacidade de transporte. O crescimento excessivo de macrófitas enraizadas interfere com a navegação, aeração e capacidade de transporte do corpo de água.
Problemas da eutrofização 10. Desaparecimento gradual de lagos. Eutrofização + assoreamento: aumenta a acumulação de matérias e de vegetação, e o lago se torna cada vez mais raso. Esta tendência de desaparecimento de lagos (conversão a brejos ou áreas pantanosas) é irreversível, porém usualmente extremamente lenta. Interferência humana: aceleração do processo
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
Eutrofização formas de controle MEDIDAS PREVENTIVAS Atuação na Bacia Hidrográfica REDUÇÃO DO APORTE DE FÓSFORO ATUAÇÃO NAS FONTES EXTERNAS Estratégias relacionadas aos esgotos ou à drenagem pluvial
Eutrofização formas de controle MEDIDAS PREVENTIVAS CONTROLE DE ESGOTOS Tratamento dos esgotos a nível terciário com remoção de nutrientes Tratamento convencional dos esgotos e lançamento a jusante da represa Exportação dos esgotos para outra bacia hidrográfica que não possua lagos ou represas Infiltração dos esgotos no terreno (destino do efluente) CONTROLE DA DRENAGEM PLUVIAL Controle do uso e ocupação do solo na bacia Cinturão sanitário ao longo da represa e dos tributários Construção de barragens de contenção
Eutrofização formas de controle MEDIDAS CORRETIVAS PROCESSOS MECÂNICOS Aeração, desestratificação, aeração no hipolímnio, remoção dos sedimentos, remoção de algas, remoção de macróficas PROCESSOS QUÍMICOS Precipitação de nutrientes, uso de algicidas, oxidação do sedimento com nitratos, neutralização PROCESSOS BIOLÓGICOS Biomanipulação, uso de cianófagos, uso de peixes herbívoros