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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
Prof. Mierzwa
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;
Prof. Mierzwa
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
Prof. Mierzwa
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.
Prof. Mierzwa
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.
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%)
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)
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).
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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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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.
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
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 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