Processos de Transporte em
Estuários – Parte 2
Carlos Ruberto Fragoso Júnior
11:11
Sumário


11:11
Revisão
Parâmetros da qualidade da água
Transporte x Qualidade de água



11:11
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
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
Poluentes
11:11

Entretanto, a alteração
da qualidade da água
não se manifesta apenas
em características
estéticas.

A água aparentemente
limpa pode conter microorganismos patogênicos
e substâncias tóxicas.
Fontes de poluentes

Pontuais


Difusas

11:11
introduzidas por
lançamentos facilmente
identificáveis e
individualizados, como os
despejos de esgoto de
uma indústria
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
Concentração

Concentração:


11:11
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.
Concentração

Concentração é a relação entre a massa de uma
substância e o volume de água em que ela está
diluída ou dissolvida:
massa
mg
C

 mg / l
Volume litro
Fluxo_ de _ massa  C  Q
11:11
g/s ou Kg/s
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
QF CF
11:11
QR CR
QR  C R  Q A  C A
CF 
QR  Q A
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:
m3  m g
Kg
WF  QF  C F  23,5  2,04
 23,5  2,04
 48Kg.s 1
s l
s
11:11
Transporte de substâncias na água



11:11
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)
Transporte



11:11
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.
Advecção
11:11
Advecção
11:11
Advecção
Substância não se espalha, apenas percorre uma distância
na mesma velocidade (média) da água
11:11
Difusão
11:11
Difusão
11:11
Difusão
Substância se espalha pelo movimento aleatório das moléculas
mesmo que a velocidade média seja zero.
11:11
a
1
Lei de Fick - Difusão
J  D 
C
x
• 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
Dispersão
11:11
Dispersão
11:11
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
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
a
1
Lei de Fick - Dispersão
C
J  E 
x
• 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
Coeficiente de dispersão longitudinal em
rios
2
2
u B
E  0.011
Chapra (1997) cap. 14
*
h U
U *  velocidade de cisalhamento  g  h  S
E: coeficiente de dispersão longitudinal (m2/s)
B: largura do rio (m)
h: profundidade (m)
u: velocidade da água (m/s)
11:11
Parâmetros de qualidade da água

11:11
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.
Parâmetros













11:11
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
Temperatura
11:11
Temperatura

A temperatura da água afeta as
características físicas e químicas da água.


A temperatura também afeta o
comportamento dos micro-organismos.


11:11
por exemplo: solubilidade dos gases e densidade
por exemplo: velocidade com que os microorganismos
degradam a matéria orgânica
O efeito de quase todos os outros poluentes
depende da temperatura
Temperatura

11:11
As principais fontes de
efluentes térmicos são
as usinas termoelétricas, sejam elas
nucleares ou a carvão.
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
Oxigênio
dissolvido
11:11
Oxigênio Dissolvido (OD)



11:11
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)
OD - Concentração de saturação




11:11
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
aumento de
salinidade
aumento
de temperatura
alta COD-sat
baixa COD-sat
11:11
Concentração de OD na saturação
para água doce:
CODsat






11:11
b c
d
e 

 exp a   2  3  4 
T T
T
T 

onde T é a temperatura em graus Kelvin (T=oC+273,15) e os coeficientes são
dados a seguir:
a = -139,34411
b = 1,575701 . 105
c = -6,642308 . 107
d = 1,243800 . 1010
e = -8,642308 . 1011
OD

OD tem um papel fundamental
na manutenção da vida
aquática



11:11
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)
OD

para salmão, por
exemplo,



11:11
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
OD

11:11
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).
Poluentes orgânicos
biodegradáveis
11:11
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
Nutrientes
11:11
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:



11:11
esgotos domésticos
erosão dos solos agrícolas (especialmente onde ocorre
adubação)
decomposição de matéria orgânica
Fontes de Nutrientes



11:11
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
Eutrofização



11:11
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.
Eutrofização


11:11
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 cianobactérias (algas azuis)
Turbidez
11:11
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


11:11
colóides desviam e dispersam luz
partículas coloidais podem estar relacionadas a
organismos patógenos, substâncias tóxicas (metais
e pesticidas).
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
Medição de turbidez com disco de Secchi
11:11
pH
11:11
pH


O que é o pH?
 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)


11:11
exemplos: rios de Bonito (MS)
Oceano (pH 8-8.5)
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
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
pH

Mais impacto antropogênico sobre o pH



11:11
Chuva ácida
Efluentes de mineração
Efluentes, esgotos ácidos ou alcalinos
pH

Qual é a importância do pH?


o pH do meio (água) controla as reações
químicas de muitos outros poluentes
exemplo 1:


exemplo 2:


11:11
baixo pH aceleara a decomposição de materiais
potencialmente tóxicos
alto pH pode levar a um aumento na concentração
de amônia, que é tóxica para os peixes
alterações na biodiversidade
Microorganismos
11:11
Microorganismos





11:11
Obviamente existem inúmeros tipos de microorganismos 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
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
Escherichia coli
Concentração de coliformes fecais

11:11
Valores medidos em
laboratório em Número
Mais Provável por 100
ml, ou NMP/100ml
Parâmetros conservativos


11:11
Parâmetros que não reagem, não alteram a
sua concentração por processos físicos,
químicos e biológicos, exceto a mistura.
Exemplo: sais
Parâmetros não conservativos


11:11
Reagem com o ambiente alterando a
concentração.
Exemplo: DBO, temperatura, coliformes, OD
Exemplo parâmetro conservativo
QA CA
QR CR
QR  C R  Q A  C A
CF 
QR  Q A
QF CF
C
distância
11:11
Exemplo parâmetro não conservativo
QA CA
QR CR
QF CF
QF2 CF2
QR  C R  Q A  C A
CF 
QR  Q A
C
11:11
distância
Não conservativos




11:11
Reações químicas
Consumo na cadeia trófica
Sedimentação = deposição no fundo
Trocas com a atmosfera