Processos de Transporte em Estuários – Parte 2

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1 Processos de Transporte em Estuários – Parte 2
Carlos Ruberto Fragoso Júnior 11:11

2 Sumário Revisão Parâmetros da qualidade da água 11:11

3 Transporte x Qualidade de água
Tradicionalmente se ocupava basicamente da quantidade da água e não da sua qualidade. Esta ótica está bem presente em grande parte dos livros de hidrologia aplicada. Entretanto, cada vez mais é importante incluir um conhecimento mínimo de qualidade de água 11:11

4 Poluentes Entende-se por poluição da água a alteração de suas características por quaisquer ações ou interferências sejam elas ou não provocadas pelo homem (Braga et al., 2005). A origem da palavra poluição está relacionada à condição estética da água, que parece suja quando a poluição pode ser percebida a olho nu. 11:11

5 Poluentes Entretanto, a alteração da qualidade da água não se manifesta apenas em características estéticas. A água aparentemente limpa pode conter micro-organismos patogênicos e substâncias tóxicas. 11:11

6 Fontes de poluentes Pontuais Difusas
introduzidas por lançamentos facilmente identificáveis e individualizados, como os despejos de esgoto de uma indústria Difusas lançados de forma distribuída e não é fácil identificar como são produzidos, como no caso das substâncias provenientes de áreas agrícolas, ou dos poluentes associados à drenagem pluvial urbana 11:11

7 Concentração Concentração:
Aspectos fundamentais da qualidade da água são, normalmente, apresentados em termos de concentração de substâncias na água. A concentração é expressa como a massa da substância por volume de água, em mg.l-1, ou g.m-3. Por exemplo, ao acrescentar e dissolver 12 mg de sal em um litro de água pura, obtém-se água com uma concentração de 12 mg.l-1 de sal. 11:11

8 Concentração Concentração é a relação entre a massa de uma substância e o volume de água em que ela está diluída ou dissolvida: g/s ou Kg/s 11:11

9 Mistura De forma semelhante, quando são misturados volumes de água com concentrações diferentes, a concentração final equivale a uma média ponderada das concentrações originais, o mesmo ocorrendo no caso de vazões. Assim, se um rio com vazão QR e concentração CR recebe a entrada de um afluente com vazão QA e com concentração CA. Admitindo uma rápida e completa mistura das águas, a concentração final é dada por: QA CA QR CR QF CF 11:11

10 Carga de poluentes A carga ou fluxo de um poluente ou substância é dada pelo produto entre a vazão e a concentração. No exemplo anterior, o fluxo de Nitrogênio Total no rio, a jusante da entrada de esgoto é dado por: 11:11

11 Transporte de substâncias na água
Num rio, lago, reservatório ou estuário o transporte de uma substância está sujeito a processos físicos, químicos e biológicos. Transporte ocorre pelos processos de: advecção difusão dispersão Além disso podem ocorrer transformações como: sedimentação (substância deposita no fundo) transformação química perdas ou ganhos no contato com o meio externo (ar) 11:11

12 Transporte Advecção : Transporte com a velocidade média da água.
Difusão : Transporte que ocorreria mesmo que a água estivesse parada. Substância se espalha de regiões de mais alta concentração para regiões de mais baixa concentração. Dispersão : Espécie de difusão que ocorre porque a velocidade da água não é sempre igual à média. 11:11

13 Advecção 11:11

14 Advecção 11:11

15 Advecção Substância não se espalha, apenas percorre uma distância
na mesma velocidade (média) da água 11:11

16 Difusão 11:11

17 Difusão 11:11

18 Difusão Substância se espalha pelo movimento aleatório das moléculas
mesmo que a velocidade média seja zero. 11:11

19 1a Lei de Fick - Difusão D é um coeficiente de difusão (unidades de m2/s) J é o fluxo de massa de C massa vai de regiões de mais alta para mais baixa concentração 11:11

20 Dispersão 11:11

21 Dispersão 11:11

22 Dispersão Substância percorre uma distância com a velocidade
média da água e além disso se espalha, porque a velocidade da água não é sempre igual à média 11:11

23 Dispersão Velocidades diferentes e turbulência criam um efeito semelhante ao da difusão Em rios o efeito da dispersão é mais importante do que o da difusão, embora os dois ocorram juntos e contribuam para o espalhamento. 11:11

24 1a Lei de Fick - Dispersão
E é um coeficiente de dispersão (unidades de m2/s) J é o fluxo de massa de C massa vai de regiões de mais alta para mais baixa concentração 11:11

25 Coeficiente de dispersão longitudinal em rios
Chapra (1997) cap. 14 E: coeficiente de dispersão longitudinal (m2/s) B: largura do rio (m) h: profundidade (m) u: velocidade da água (m/s) 11:11

26 Parâmetros de qualidade da água
A qualidade da água é avaliada de acordo com a concentração de substâncias denominados parâmetros de qualidade de água. As concentrações destes parâmetros são importantes para a caracterização da água frente aos usos a que ela se destina. Por exemplo, para ser bebida a água não pode ter uma concentração excessiva de sais. 11:11

27 Parâmetros Temperatura Salinidade Oxigênio dissolvido (OD) pH
DBO (poluentes orgânicos biodegradáveis) Concentração de coliformes fecais Concentração de metais pesados (Pb, Hg) Concentração de nutrientes para algas (N, P) Turbidez Concentração de sólidos Cor e odor Concentração de Clorofila a (indicador de algas) outros 11:11

28 Temperatura 11:11

29 Temperatura A temperatura da água afeta as características físicas e químicas da água. por exemplo: solubilidade dos gases e densidade A temperatura também afeta o comportamento dos micro-organismos. por exemplo: velocidade com que os microorganismos degradam a matéria orgânica O efeito de quase todos os outros poluentes depende da temperatura 11:11

30 Temperatura As principais fontes de efluentes térmicos são as usinas termo-elétricas, sejam elas nucleares ou a carvão. 11:11

31 Temperatura Barragens com reservatórios profundos também podem despejar água com temperatura alterada em relação ao rio original. Tomada de água no fundo = água fria e sem oxigênio água quente água fria 11:11

32 Oxigênio dissolvido 11:11

33 Oxigênio Dissolvido (OD)
Oxigênio Dissolvido existe na água em concentrações que variam com a temperatura, salinidade, pressão e com a presença de poluentes Oxigênio pode penetrar na água por difusão do ar atmosférico, através da superfície de um rio ou lago, ou através da superfície de bolhas (por exemplo num aquário ou numa cachoeira) O oxigênio também pode ser produzido dentro da água por plantas (fotossíntese) 11:11

34 OD - Concentração de saturação
Entrada de oxigênio = reoxigenação Reoxigenação tem um limite, que é a concentração máxima de OD na água para uma dada temperatura (COD-sat). COD-sat é maior em água fria COD-sat é menor em água salgada 11:11

35 alta COD-sat baixa COD-sat aumento de salinidade de temperatura
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36 Concentração de OD na saturação
para água doce: onde T é a temperatura em graus Kelvin (T=oC+273,15) e os coeficientes são dados a seguir: a = -139,34411 b = 1, c = -6, d = 1, e = -8, 11:11

37 OD OD tem um papel fundamental na manutenção da vida aquática
valores inferiores a 3 mg/l tendem a ser prejudiciais para a maior parte dos vertebrados aquáticos. certos peixes necessitam de concentrações de OD superiores a um determinado limite para sobreviver, ou apresentar certos tipos de comportamento concentrações superiores a 4 mg/l normalmente não apresentam problemas para peixes (depende da espécie) 11:11

38 OD para salmão, por exemplo, a concentração ideal é de 9 mg/l
é aceitável entre 7-8 mg/l ; inferior a 3.5 mg/l tende a ser fatal 11:11

39 OD Dourado (Salminus brasiliensis) apresenta melhor crescimento e utilização de alimento quando cultivado em altas concentrações de oxigênio dissolvido, com valores superiores a 5,04 mg/l (Raphael de Leão Serafini – dissertação de mestrado UFSC). 11:11

40 Poluentes orgânicos biodegradáveis
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41 Poluentes orgânicos biodegradáveis
A matéria orgânica biodegradável lançada na água é degradada por organismos decompositores se houver Oxigênio Dissolvido na água a decomposição será feita por bactérias aeróbias, que consomem o oxigênio dissolvido se não houver Oxigênio Dissolvido na água a decomposição será feita por bactérias anaeróbias, que produzem gases como o metano e o gás sulfídrico Mais detalhes sobre matéria orgânica degradável depois 11:11

42 Nutrientes 11:11

43 Nutrientes O excesso de nutrientes nos corpos de água pode levar ao crescimento excessivo de alguns organismos aquáticos (eutrofização). Nutrientes mais importantes: N e P Fontes: esgotos domésticos erosão dos solos agrícolas (especialmente onde ocorre adubação) decomposição de matéria orgânica 11:11

44 Fontes de Nutrientes A principal fonte natural de P são as próprias rochas (presença de apatita). Fontes artificiais importantes de P são os adubos utilizados na agricultura, e os detergentes e sabões usados em casa Fontes de N são agricultura, esgotos domésticos e atmosfera 11:11

45 Eutrofização Eutrofização é como se chama o processo de aumento de nutrientes na água levando a um excesso de produção de algas. Eutrofização pode ocorrer naturalmente Eutrofização se torna mais comum pela poluição com N e P. 11:11

46 Eutrofização Eutrofização leva ao crescimento de algas; que acabam se decompondo e consumindo oxigênio Outro problema é o surgimento de algas que produzem toxinas, como as ciano-bactérias (algas azuis) 11:11

47 Turbidez 11:11

48 Turbidez Turbidez indica qualidade da água: água mais clara normalmente tem melhor qualidade Medida no campo usando o disco de Secchi No laboratório é medida através da transmissão da luz através do líquido colóides desviam e dispersam luz partículas coloidais podem estar relacionadas a organismos patógenos, substâncias tóxicas (metais e pesticidas). 11:11

49 Partículas Sólidas: partículas em suspensão oriundas de erosão de solos, efluentes industriais, esgoto urbano, atividades de mineração, etc. Causam turbidez ou cor inibindo a fotossíntese através do impedimento da entrada da luz, deposição de partículas na superfície das folhas e caules das plantas aquáticas. Os organismos de fundo podem ser enterrados devido a deposição de partículas ou sofrerem adsorção na superfície. 11:11

50 Medição de turbidez com disco de Secchi
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51 pH 11:11

52 pH O que é o pH? pH em condições naturais pode ser:
É uma forma de medir concentração de H+ usa escala logaritmica pH = 7 significa [H+] = 10-7 mol H+/L pH em condições naturais pode ser: Ácido em regiões com florestas tropicais com grande liberação de matéria orgânica (rios “Negros”) solos de florestas em regiões temperadas (pH 4-6) gota de chuva em atmosfera limpa (pH 5-5.5) Alcalino solos de regiões áridas (pH 8-11) solos em regiões de rochas calcárias (pH 7-9) exemplos: rios de Bonito (MS) Oceano (pH 8-8.5) 11:11

53 pH: O pH da água é neutro ou levemente alcalino ou ácido
pH: O pH da água é neutro ou levemente alcalino ou ácido. As substâncias nela dissolvidas é que lhe vão dar a propriedade, dependendo da concentração relativa de íons de hidrogênio ou oxidrilas nela existentes. 11:11

54 PH: - O potencial hidrogeniônico também é importante. A água de um rio geralmente tem pH neutro, o que significa que os íons de hidrogênio e oxidrilas estão em equilíbrio. Adições de ácidos como sulfúrico (H2SO4), clorídrico (HCl) ou ácidos orgânicos como o cítrico, o ascórbico (vitamina C) entre outros, podem tornar a água rica em íons hidrogênio em relação à oxidrilas. - As substâncias como soda cáustica (NaOH), amoníaco (NH4) e potassa (lavagem de máquinas industriais), ao contrário dos ácidos possuem alta concentração de oxidrilas, tornando a água alcalina. - A solubilidade de vários elementos químicos é dependente do pH, havendo desorção ou sorção de metais por exemplo de material sólido 11:11

55 pH Mais impacto antropogênico sobre o pH Chuva ácida
Efluentes de mineração Efluentes, esgotos ácidos ou alcalinos 11:11

56 pH Qual é a importância do pH?
o pH do meio (água) controla as reações químicas de muitos outros poluentes exemplo 1: baixo pH aceleara a decomposição de materiais potencialmente tóxicos exemplo 2: alto pH pode levar a um aumento na concentração de amônia, que é tóxica para os peixes alterações na biodiversidade 11:11

57 Microorganismos 11:11

58 Microorganismos Obviamente existem inúmeros tipos de micro-organismos nas águas Alguns podem indicar presença de efluentes de origem animal Água com micro-organismos de origem humana é potencialmente nociva Escherichia coli é uma bactéria presente nos sistemas digestivos de animais de sangue quente que é usada como indicativo Coliformes fecais 11:11

59 Escherichia coli Theodor Escherich
A presença da E.coli em água ou alimentos é indicativa de contaminação com fezes humanas (ou mais raramente de outros animais). A quantidade de E.coli em cada mililitro de água é uma das principais medidas usadas no controle da higiene da água potável municipal, preparados alimentares e água de piscinas. Testar para todos os micro-organismos potencialmente patogênicos seria muito caro. Escherichia coli não é, normalmente, nociva, mas serve como indicativo da presença de poluição com dejetos humanos. Theodor Escherich 11:11

60 Concentração de coliformes fecais
Valores medidos em laboratório em Número Mais Provável por 100 ml, ou NMP/100ml 11:11

61 Parâmetros conservativos
Parâmetros que não reagem, não alteram a sua concentração por processos físicos, químicos e biológicos, exceto a mistura. Exemplo: sais 11:11

62 Parâmetros não conservativos
Reagem com o ambiente alterando a concentração. Exemplo: DBO, temperatura, coliformes, OD 11:11

63 Exemplo parâmetro conservativo
QA CA QR CR QF CF C distância 11:11

64 Exemplo parâmetro não conservativo
QA CA QR CR QF CF QF2 CF2 C 11:11 distância

65 Não conservativos Reações químicas Consumo na cadeia trófica
Sedimentação = deposição no fundo Trocas com a atmosfera 11:11