Emissões de NH3 e N2O associadas às descargas de
esgotos não tratados e processos de tratamento
de esgoto
William Zamboni de Mello
Programa de Pós-Graduação em Geoquímica
Universidade Federal Fluminense
Emissões globais de Nr
Natural
Antrópico
60
Tg N ano-1
50
40
79%
80%
54%
21%
20%
N2O
NOx
NH3
30
20
10
46%
0
Fontes: N2O Mosier et al. (1998)/Kroeze et al. (1999)/IPCC (2001)
NOx IPCC (2001)
NH3 Olivier et al. (1998)
N2O
Características e importância ambiental

Estável na troposfera.

Contribui para o consumo do O3 estratosférico


N2O única fonte estratosférica de NO.
Contribui para o efeito estufa


A força radiativa do N2O é 300 vezes superior a do CO2.
Atual contribuição para o efeito estufa é de 6% relativa aos demais
GEE.
Fonte: Spahni et al. (2005). Science, 310, 1317-1321.
Fonte: IPCC (2001)
Fonte: AGAGE (http://agage.eas.gatech.edu)
N2O
Contribuição para o consumo do O3 na estratosfera
Decomposição de N2O na estratosfera
N2O + hn  N2 + O (l < 300 nm)
N2O + O(1D)  N2 + O2
N2O + O(1D)  2NO
90%
6%
4%
Contribuição no consumo do O3 estratosférico
O3 + hn  O(1D) + O2 (l < 320 nm)
CFCl3 + hn  Cl + CFCl2
NO + O3  NO2 + O
NO2 + hn  NO + O
O3  O2 + O
Cl + O3  ClO + O2
..............................
Evolução dos CFCs nas últimas 3 décadas
CFC-11
CFC-12
CFC-113
Tetracloreto de carbono
Fonte: AGAGE (http://agage.eas.gatech.edu/data.htm)
NH3
Características e importância ambiental

Substância básica mais abundante da atmosfera.

Leva a formação de partículas finas de NH4NO3 e (NH4)2SO4 que
prejudicam qualidade do ar e a visibilidade aérea.

Contribui indiretamente para a acidificação de ecossistemas naturais:



NH3 + 1,5O2  NO2- + H2O + H+
NH4+ + 1,5O2  NO2- + H2O + 2H+
Contribui para a eutrofização de ecossistemas costeiros (estuários e
plataforma continental) e saturação de N em solos tropicais.
N2O
Sistemas aquáticos
Nitrificação: NH4+ + 1,5O2  NO2- + H2O + 2H+ (+ N2O)
Desnitrificação: CH2O + 2NO2- + 2H+  CO2 + N2O + 2H2O
Seitzinger et al. (2000)
Deposições atmosféricas de N e S na RMRJ
1988-89
1998-99
7
5
4
-1
kg ha ano
-1
6
3
2
1
0
N-NH4
de Mello (2001) e de Mello (2005)
N-NO3
exc-S-SO4
l
Concentrações de NHx nas águas da baía de Guanabara
100
90
NH3/NHx (%)
80
70
60
50
40
30
20
10
0
6,0
7,0
8,0
9,0
pH
Fonte: Guimarães e de Mello (2006)
10,0
11,0
12,0
Fluxo de NH3 na interface ar-água
Modelo da micro-camada dupla (two-film model)

Fluxo (F ) de NH3 na interface ar-água:

F = ka(ca,eq – ca)

ka = u/[770 + 45(M )1/3]**(Duce et al., 1991)



ka = velocidade de transferência (m s-1)
u = velocidade do vento (m s-1)
M = massa molecular da NH3

ca,eq = concentração de NH3 no ar (µg m-3) em equilíbrio com a concentração de
NH3 medida na superfície da água

ca = concentração de NH3 medida no ar (µg m-3)
Emissões de NH3 da baía de Guanabara

Emissão média: 480 mg N m-2 h-1 (42 kg N ha-1 ano-1)


Aporte atmosférico de NH4+ ~ 5 kg N ha-1 ano-1


Guimarães e de Mello (2006)
de Mello (2005)
Taxa de emissão da B. de Guanabara ~ 3,8 t N dia-1

Emissões de NH3 do complexo industrial de Cubatão
1984 
1998 

8,7 t N dia-1
0,3 t N dia-1
CETESB (1998)
Fluxo de N2O na interface ar-mar
Modelo da micro-camada dupla (two-film model)

Fluxo (F ) de N2O na interface ar-água:

F = kw(cw - cw,eq)

kw = 1,91exp(0,35u)(Sc/600)-1/2*

kw = velocidade de transferência

cw = concentração de N2O medida na água (nmol L-1)

cw,eq = concentração de N2O na água (nmol L-1) em equilíbrio com a concentração
de N2O medida no ar
* Raymond
e Cole (2001)
Concentrações de N2O nas águas da baía de Guanabara
Concentração de N2O
8,2 ± 2,2 nmol L-1
DN2O
Média = 33%
Fonte: Guimarães e de Mello (2008)
Quanto do total de N lançado na baía de Guanabara é
transferido para a atmosfera?

Descarga diária de N na Baía de
Guanabara
130-140 t N dia-1 *
~ 2,8%  atm como NH3
~ 0,02%  atm como N2O
* JICA (1994) (Japan International
Cooperation Agency)
Emissões de N2O no rio Faria-Timbó, Rio de Janeiro, RJ
n=4
N2O medido
(nmol L-1)
N2O eq. ar
(nmol L-1)
DN2O
(%)
Fluxo
(mg N m-2 h-1)
Fluxo
(kg N ha-1 ano-1)
Média ± DP
322 ± 43
6,7 ± 0,1
4.830 ± 620
199 ± 26
17 ± 2
F = kw ([N2O]água – [N2O]eq,ar)
kw = 1,91exp(0,35u10)(Sc/600)-1/2
u10 = 0
l
Fonte: Dados não publicados
Comparação de emissões de N2O de estuários e
oceanos

Baía de Guanabara



Guimarães e de Mello (2006)
Rio Faria Timbó

200 mg N m-2 h-1
Dados não publicados
Oceanos (média)

3,1 mg N m-2 h-1
1,3 mg N m-2 h-1
Nevison et al. (1995)
Emissões de N2O de uma ETE de lodo ativado com
aeração prolongada
Tanque de aeração e digestor de lodo
Decantador secundário
TE = QAR {[N2O]BOLHAS – [N2O]AR}
Fluxo = h x DC/Dt|t=0
Fonte: Coelho et al. (2010)
Emissão de N2O de uma ETE de lodos ativados
Unidade da ETE
Taxa de emissão Contribuição
g N2O dia-1
%
Tanque de aeração
80
90
Recirculação de lodo
4,7
5
Digestor de lodo
2,4
3
Entrada de esgoto bruto-desarenador
1,2
1
Efuente
0,9
1
Decantador secundário
<0,1
<<1%
Total
89
100
Fonte: Coelho et al. (2010)
Comparação de FE de N2O com outras ETEs do mundo

Rio de Janeiro
FE = 13 g N2O usuário-1 ano-1
Coelho et al. (2010)

Durham (EUA)
FE = 3,2 g N2O usuário-1 ano-1
Czepiel et al. (1995)/IPCC (2006)

Tóquio (Japão)
FE = 0,6 g N2O usuário-1 ano-1
Hashimoto et al. (1999)
Caminhos a seguir para se atenuar as emissões de NH3 e
N2O associados às descargas e tratamento de esgotos

O tratamento de esgotos reduz as emissões de NH3

Promover processos de redução de N nos efluentes de ETEs

Promover processos de tratamento de esgotos que
maximizem a transformação do N em N2

CH2O + 2N2O  CO2 + 2N2 + H2O