Aula 3 Água, desenvolvimento e meio ambiente

Introdução à Engenharia Ambiental

PHA 2218

Amarilis Lucia Casteli Figueiredo Gallardo

WWW.COMITEPCJ.SP.GOV.BR

QUAIS SÃO OS PRINCIPAIS USOS DA ÁGUA?

PRINCIPAIS USOS DA ÁGUA

Abastecimento Humano;

Uso Industrial;

Irrigação;

Aquicultura;

Geração de Energia Elétrica;

Transporte;

Recreação e paisagismo;

Preservação da Fauna e Flora;

Assimilação e transporte de poluentes.

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PRINCIPAIS USOS DA ÁGUA

Região

Consumo Diário Per

Capta (L)

Distribuição do Consumo (%)

Uso Agrícola

Uso Doméstico

Uso Industrial

Norte da África e Oriente Médio

2.120,5 80 16 4

Restante da África 413,7 68 24 8

Europa 1.432,9 26 23 51

América do Norte 4.715,1 27 16 57

América do Sul 2.282,2 76 17 7

Ásia 2.717,8 79 11 10

Brasil 1.070,6 57 26 17

Fonte: WRI, Earth Trends Data Tables, 2003 – Modificado

ANA, Agência Nacional de Águas, 2011

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ABASTECIMENTO HUMANO

É o uso que apresenta prioridade sobre os demais;

A qualidade deve garantir a proteção da saúde e o bem estar dos consumidores (Deve ser potável);

Os padrões de qualidade são estabelecidos em norma (Portaria n° 2.914, de 12/12/2011);

Cada pessoa necessita, em média, 2,5 L de água por dia, para as atividades metabólicas;

A média de consumo de água para uso doméstico no estado de São Paulo é de 284 L/d.hab;

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USO INDUSTRIAL

Na indústria a água pode ser utilizada como:

Matéria prima a mesma é incorporada ao produto final;

Indústria de alimentos, bebidas e farmacêutica;

Produto auxiliar participa no processo de produção mas não é incorporada ao produto final;

Preparação de reagentes, operações de aquecimento e resfriamento, lavagem de peças e equipamentos e fluído de transporte.

Os padrões de qualidade variam de acordo com a aplicação.

O consumo de água para uso industrial em São Paulo é de 335.722 m3/h

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IRRIGAÇÃO

Depois do uso para fins potáveis é o mais antigo e importante uso da água;

O objetivo da irrigação é o de melhorar a produtividade agrícola;

O volume de água consumido para a irrigação é função da cultura que se deseja irrigar;

Os padrões de qualidade devem garantir o desenvolvimento das culturas e a saúde dos agricultores e consumidores;

Em São Paulo o consumo de água para a irrigação é de, aproximadamente, 575.252 m3/h.

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OUTROS USOS

Aquicultura Criação intensiva de plantas e

animais aquáticos;

Geração de energia aproveitamento da

energia cinética ou potencial da água ou então

energia térmica armazenada no vapor gerado

com a queima de combustíveis.

Transporte;

Preservação da fauna e flora;

Recreação e paisagismo;

Transporte e assimilação de poluentes.

Quais aspectos são fundamentais quando se fala em água?

•Precipitação meteórica •Evapotranspiração •Interceptação •Infiltração •Escoamento superficial

VETORES DA CRISE AMBIENTAL

População

Recursos naturais Impactos ambientais

(Poluição)

Quantidade

Uso da água

• o aumento do consumo de água superou duas vezes o crescimento populacional durante o século XX;

• quanto maior a renda (e poder de consumo), maior é o gasto com água

• razão água existente e população mundial é razoável para um para um bom nível de conforto para um indivíduo • entretanto.... não se considera a heterogeneidade da demanda e oferta a distribuição geográfica do recurso água.

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DISTRIBUIÇÃO DA ÁGUA DOCE NO PLANETA

Região Disponibilidade Anual

(km3) % do Total Disponível

Ásia 11.321 26,76

Europa 6.590 15,58

Oriente Médio 518 1,22

África 3.901 9,22

América do Norte 4.850 11,46

América Central 1.186 2,80

América do Sul 12.246 28,95

Oceania 1.693 4,00

Total 42.305 100

Brasil 5.418 12,80

Fonte: WRI, Earth Trends Data Tables, 2003

Volume Total de Água = 1.385.984.000 Km3

Distribuição das Reservas de Água no Planeta

Distribuição de Água no Planeta

Água Doce Oceanos Água Salobra

96,50%

2,53%

0,97%

Água de Superfície (0,29%)

Água Subterrânea

(31,01%)

Geleiras e

Coberturas

Permanentes de

Neve (68,70%)

Hidrosfera: Reservatório de água

• oceanos, geleiras, lagos, rios, vapor de água atmosférica, água subterrânea, umidade do solo e água retida nos seres vivos

• atmosfera e parte superior da crosta (até 10 km)

Calotas polares e geleiras – 68,9% ( ~ 2%)

Rios e lagos – 0,3%

Água subterrânea – 29,9% ( ~ 0,5%)

Pântanos e umidade dos solos – 0,9%

Distribuição água doce (a utilizável é <1%)

(~ 0,04%)

Principais reservatórios de água doce: água superficial e água subterrânea

Águas superficiais

Bacia hidrográfica

Hirata, 2000 (Decifrando a Terra)

Águas superficiais

bacia hidrográfica: também denominada bacia de drenagem de um rio, consiste na área de captação da água de precipitação, demarcada por divisores topográficos, na qual toda a água captada converge para um único ponto de saída, o exutório, ou seja, corresponde à área de drenagem de um conjunto de cursos de água que convergem para um rio.

Hirata, 2000 (Decifrando a Terra)

Distribuição na Terra: balanço hídrico

números em milhares de km3; em preto – volume armazenado; em azul – volume que circula anualmente.

Fonte: Brown/Crósta, 2000

Balanço hídrico

• 119.000 km3/ano precipitação

• 47.000 km3/ano escoamento superficial e subterrâneo – excedente hídrico

Balanço hídrico mundial

• 72.000 km3/ano evapotranspiração

Abundância de água – clima e relevo Distribuição do recurso não é uniforme

Hirata, 2000 (Decifrando a Terra)

Por exemplo: distribuição da Precipitação

Fonte: Brown/Crósta, 2000

Águas superficiais bacia hidrográfica: sistema físico onde se pode quantificar o ciclo da água Análise quantitativa: balanço hídrico, expressão básica da hidrologia:

P – E – Q (+/- delta) = 0

P = volume de água precipitado sobre a área da bacia E = volume que voltou à atmosfera por evaporação e precipitação Q = volume total da água escoado pela bacia durante um intervalo de tempo Q é a produção de água pela bacia medida pela vazão no exutório durante o período de monitoramento

Para um ciclo hidrológico completo, essa é a equação geral do

balanço hídrico: P = E + Q Onde Q representa a soma do escoamento superficial direto com o escoamento suprido pela água subterrânea e E a água

perdida por evapotranspiração.

Águas superficiais

Hidrograma: que expressa a variação de vazão em função de tempo

Hidrograma é a base para estudos hidrológicos de bacias: • Abastecimento de água • Aproveitamento hidroelétrico • Comportamento de bacias (vazões baixas e altas) – enchentes e

estiagens

• útil para mostrar como a bacia responde às chuvas

• diferente para cada bacia

Águas superficiais

vazão de um rio: é o volume de água escoado por unidade de tempo, em uma determinada seção do curso d´água. É geralmente expressa em metros cúbicos por segundo (m3/s) ou em litros por segundo (L/s). A vazão de um rio está relacionada à forma da sua calha e varia ao longo do ano

velocidade de escoamento de um rio: está diretamente relacionada à declividade ou inclinação dos canais fluviais. Assim, quanto maior for a declividade, maior será a velocidade de escoamento e maior a capacidade de transporte dos sedimentos

Água subterrânea

Hidrogeologia – estudo das águas subterrâneas

águas subterrâneas – 97% da água doce líquida disponível

“toda água que ocupa vazios em formações rochosas ou no solo” (Decifrando a Terra, 2000)

Água subterrânea

Zona não saturada, vadosa ou de aeração Zona saturada ou freática

O que faz com que haja água em subsuperfície?

Infiltração: 2 mecanismos principais: • porosidade: quantidade de água • permeabilidade: velocidade que a água flui

Fonte: Decifrando a Terra, 2000

Livre – topo coincide com nível freático, está em contato com a atmosfera

Suspensos – acumulações de água na zona insaturada, forma níveis lentiformes de aquiferos livres acima do nível freático principal

Aquífero Guarani

Fonte: Super Interessante, no7

Aquífero confinado – rocha permeável (aquífero) entre duas camadas pouco permeáveis ou impermeáveis

Água subterrânea – recurso natural

No geral apresentam excelente qualidade, sendo apta para o consumo muitas vezes sem tratamento prévio.

no Brasil é de 60% a proporção do uso da água subterrânea para abastecimento humano, enquanto que no estado de São Paulo, dos 645 municípios, cerca de 80% utiliza parcial ou totalmente mananciais subterrâneos para abastecimento público (Cetesb, 2010)

100% (Arábia Saudita, Dinamarca e Malta), 70% (Áustria, Alemanha, Bélgica, França, Hungria, Itália, Holanda, Marrocos, Rússia e Suiça).

Qualidade

CARACTERÍSTICAS FÍSICAS, BIOLÓGICAS E QUÍMICAS DA ÁGUA

Quais parâmetros?

Importância?

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O Processo de Poluição das Águas

• A poluição das águas é resultado da associação entre os seguintes fatores:

– Usos múltiplos;

– Capacidade de dissolver as substâncias com as quais entra em contato;

– Ausência ou ineficácia de sistemas de tratamento de esgotos e efluentes;

– Lançamento indevido ou deliberado de poluentes nos corpos d’água.

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Exemplo de Poluição Pontual

• Fonte fixas, com lançamentos que podem ser controlados.

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Exemplos de Poluição Difusa dos Corpos D’água

•Não há um padrão no lançamento.

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Principais Poluentes e seus Efeitos

• Agentes Infecciosos

• A contaminação do Homem pode se dar de duas maneiras distintas:

– Ingestão ou uso de água contaminada;

– Transmissão por vetores.

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Principais Alvos dos Poluentes nos Organismos Vivos

CONTAGEM DE SUBSTÂNCIAS QUÍMICAS

Prof. Mierzwa

Fonte: http://www.cas.org/content/counter, acessado em

10/03/2014.

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Comportamento dos Poluentes no

Meio Aquático

• Nos corpos d’água os poluentes são submetidos a

diversos mecanismos físicos, químicos e biológicos;

• Estes mecanismos alteram o comportamento dos

poluentes e suas respectivas concentrações:

– Diluição e ação hidrodinâmica;

– Ação de microrganismos;

– Ação da gravidade, incidência de luz e temperatura.

Fatores que Afetam o

Comportamento dos Poluentes

• Ação dos Microrganismos:

– Podem reduzir a concentração de contaminantes

biodegradáveis, processo conhecido como

autodepuração:

• A autodepuração contempla as seguintes etapas:

– Primeira Decomposição da matéria orgânica, que

é quantificada por meio da Demanda Bioquímica de

Oxigênio (DBO);

– Segunda Recuperação do oxigênio dissolvido ou

reaeração.

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http://guiaecologico.files.wordpress.com/2011/07/imag

em1.jpg

Cinética do Processo de Autodepuração pg. 91/92

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– Zona de água limpa região imediatamente acima do ponto de despejo;

– Zona de degradação que vai do ponto de lançamento até a zona de decomposição ativa;

– Zona de decomposição ativa é a região com maior intensidade microbiológica, maior intensidade no consumo de oxigênio;

– Zona de recuperação a matéria orgânica foi quase que completamente degradada e o corpo d’água começa a recuperar o nível de oxigênio;

– Zona de águas limpas região na qual não há mais interferência do despejo na qualidade da água.

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Eutrofização

• A eutrofização processo associado ao aumento da concentração de nutrientes em corpos d’água;

– Aumento da produtividade biológica, com proliferação de algas e outras plantas aquáticas;

• Processo natural dentro da sucessão ecológica dos ecossistemas transformação de lagos em ambientes terrestres;

• Problema quando é acelerado, principalmente, em decorrência das atividades humanas.

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Conseqüências da Eutrofização

Excesso de

Nutrientes

Aumento

da biomassa

Redução da

Aeração

Morte de

Organismos

Sensíveis

Aumento de

DBO

Condições

Anaeróbias

Predomínio de Bactérias

Anaeróbias e Facultativas no fundo do lago.

Ocorrência de uma estreita camada

superficial de algas e macrófitas

Imagens de

lagos

eutrofizados

Fonte:

http://www.panoramio.com/photo/1660537

1

Fonte:

http://pendientedemigracion.ucm.es/info/diciex/pr

oyectos/agua/contaminacion_riosylagos.html

Medidas de Controle da Eutrofização

• Reduzir a carga de nutrientes lançados aos corpos d’água;

– Retirada dos nutrientes por processos de tratamento;

– Redução do uso de fertilizantes;

– Recomposição de matas ciliares ou adoção de sistemas naturais de tratamento (wetlands);

– Controle de drenagem urbana e de campos agrícolas;

– Remoção da biomassa vegetal dos corpos d’água eutrofizados.

Prof. Mierzwa

Contaminação da água subterrânea

Contaminação do solo e da água subterrânea

Fonte: Decifrando

a Terra, 2000

Impactos das atividades antrópicas em águas subterrâneas: redução da quantidade

Extração intensiva

Redução da capacidade produtiva do poço(s)

Redução da capacidade produtiva do poço(s)

Fonte: Decifrando a Terra, 2000

Lima (Peru): 1984 – 294 poços extraíam mais de 208Mm3/a de água de um aquífero livre de grande produtividade 1964 – os níveis d´água eram quase aflorantes, e em menos de 20 anos, desceram 40 m, exaurindo horizontes mais permeáveis

Exploração descontrolada de aqüífero subterrâneo na cidade do México

Decifrando a Terra, 2000

1930 1995

Água e serviços ambientais

Serviços ambientais são a ligação entre o bem estar humano, os ecossistemas e a economia.

As funções dos ecossistemas aquáticos são: • fonte de fornecimento e armazenagem de água • sumidouro para resíduo, dentro do qual, os ecossistemas aquáticos podem remover, diluir e desintoxicar; • suporte de vida para vários habitats; • fonte para recreação e para experiência cultural ou espiritual

Os serviços ambientais prestados pela água: • regulação do clima; • reciclagem dos nutrientes; • diluição de efluentes; • produção de energia; • regulação de fluxos hidrológicos • recreação

Exemplo: filme sobre o projeto Conservador das águas em Extrema MG

- 2007

- fomentar a preservação de

mananciais e nascentes

- as águas que saem dessa microbacia

constituem um dos principais

mananciais do sistema Cantareira,

que abastece RMSP.

Serviços ecossistêmicos

Serviços ecossistêmicos mata ciliar

Serviços ecossistêmicos mata ciliar (Constanza et al. 1997)

Serviços ecossistêmicos Funções Ecossistêmicas

Controle da quantidade de água Controle dos fluxos hidrológicos

Controle de erosão Retenção do solo em um ecossistema

Formação de solo Processo de formação de solo

Ciclagem de nutrientes Armazenamento, ciclagem interna,

processamento e captação de nutrientes.

Controle biológico Controle da dinâmica trófica das populações

Provisão de alimento Produção primária de alimentos

Provisão de matéria prima Produção primária extraída como matéria

prima

Recursos genéticos Fonte de materiais biológicos e produtos

Recreação Ecossistema da mata ciliar

Cultural Ecossistema da mata ciliar

Controle do clima Regulação da temperatura e processos

climáticos globais

Fornecimento de água Armazenamento e retenção de água

Serviços ambientais mata ciliar

serviços ambientais – aqueles prestados pelos diversos

agentes econômicos para conservação e/ou recuperação dos recursos

naturais:

recuperação e manutenção da mata ciliar

construção de terraços para redução de erosão

recuperação de áreas degradadas e recomposição da

vegetação ciliar