Aula 05 Ciclos biogeoquimicos

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Aula 05 – Ciclos biogeoquímicos: Parte I 
 
 
 
Ciências do Ambiente 
Universidade Federal do Paraná 
Engenharia Civil 
Profª Heloise G. Knapik 
Bioacumulação (amplificação ou magnificação biológica): 
Bioacumulação (amplificação ou magnificação biológica): 
Qual a implicação do fenômeno da 
amplificação biológica nos dias atuais? 
Diferentes produtos – sabemos como eles degradam no 
meio ambiente? Como são absorvidos ou assimilados? 
Como identificar, remover ou estabilizar esses produtos? 
• Quais são os principais ciclos biogeoquímicos. 
• Quais são os principais fatores e processos que controlam 
os ciclos biogeoquímicos. 
• Por que alguns elementos químicos possuem ciclos rápidos, 
enquanto outros elementos possuem ciclos lentos. 
• Como cada componente fundamental do sistema global 
terrestre (a atmosfera, os recursos hídricos, as superfícies 
sólidas e a própria vida) está envolvido e relacionado com 
os ciclos biogeoquímicos. 
• Como operam os ciclos de forma natural e como as 
atividades antrópicas afetam os ciclos biogeoquímicos. 
Objetivos de aprendizado - Ciclos 
Produtividade no ecossistema: 
Produtividade 
primária 
Produtividade 
secundária 
Produtividade 
terciária 
Fluxo de Matéria 
nos Ecossistemas 
Ciclos 
Biogeoquímicos 
Ciclo sedimentar e ciclo gasoso 
CICLO DO CARBONO 
9 
Ciclo do Carbono 
Reciclagem de matéria orgânica 
• Fotossíntese: 
 
 
 
 
 
 
 
• Respiração 
 
 
 
 
Aspectos ecológicos relacionados ao ciclo do 
carbono 
 Desequilíbrio do ciclo natural: alteração/intensificação do 
processo de “Efeito estufa” (aumento da temperatura global) 
 
Aspectos ecológicos relacionados ao ciclo do 
carbono 
 
 Acidificação de oceanos (absorvem o excesso de CO2) 
CICLO DO NITROGÊNIO 
15 
Ciclo do Nitrogênio 
O ciclo do nitrogênio – resumo! 
 Principais processos envolvidos no ciclo do nitrogênio na 
água e no sedimento: 
• Mineralização do nitrogênio orgânico particulado em NH4; 
• Nitrificação do NH4 em NO3 e desnitrificação do NO3; 
• Assimilação biológica de NH4 e NO3 pelo fitoplâncton e pelas 
macróficas aquáticas; 
• Fluxos na interface água-sedimento de NH4, NO3, nitrogênio orgânico 
dissolvido e particulado; 
• Decomposição de nitrogênio orgânico particulado para nitrogênio 
orgânico dissolvido; 
• Mortalidade biológica e excreção em nitrogênio orgânico particulado 
e dissolvido; 
• Consumo da fração de nitrogênio contido no nitrogênio orgânico 
particulado, dissolvido e no fitoplâncton por zooplâncton e peixes. 
O Ciclo do Nitrogênio na Água - Modelagem 
σ1ρ 
σ1μ 
σ1μ(F) σ1μ(1-F) 
N_org 
σ4 
β3 
NH3 
Amonificação 
σ3 
β1 
Nitrificação 
β2 
NO-3 NO
-
2
 
Algas 
(Clorofila – a) 
Nitrificação 
NH+4 
pH pH 
(σ6β2) (σ5β1) 
Desnitrificação 
N2 
Desnitrificação 
N2 
Fixação do N2 
Volatilização de NH3 
O2 
O2 
Ar 
Água 
• Nitrogênio orgânico: faz parte das moléculas de proteínas (vegetais 
ou animais). A sua presença nas águas é característico de poluição 
recente por esgoto bruto. 
 
• Nitrogênio amoniacal: é aquele que já sofreu decomposição pelos 
microrganismos heterotróficos. Também é característico de poluição 
relativamente recente (não foi completamente oxidado). 
 
• Nitrito: forma intermediária, de curta duração após a oxidação da 
amônia (NH3) pelas bactérias nitrossomonas. 
 
• Nitrato: forma oxidada a partir dos nitritos pelas bactérias 
(nitrobacter). É característico de poluição mais antiga. 
Nitrogênio como indicador de poluição 
Aspectos ecológicos relacionados ao ciclo do 
nitrogênio 
Eutrofização em ambientes aquáticos: excesso de nutrientes no 
ambiente aquático (em conjunto com o Fósforo) 
CICLOS DO CARBONO E NITROGÊNIO : 
QUESTÕES DE SANEAMENTO 
23 
Principais rotas de decomposição: 
CO2 H2O 
CO2 N2 
CO2 H2S 
CO2 CH4 
Com 
O2 
Sem 
O2 
Sem 
NO-3 
Com
NO-3 
Matéria Orgânica: CxHyOz 
Anaeróbio 
Anóxico 
Aeróbio 
O2 
NO-3 
CO2 
SO-24 
Metanogênese 
Redução de Sulfatos 
Desnitrificação 
Respiração/ oxidação da MO 
Nitrogênio e tratamento de esgotos 
o Processos convencionais: 
• Não removem adequadamente (rota mais energética envolve a 
remoção carbonácea) 
• Parte do nitrogênio é removido com o lodo – rico para estudos de 
compostagem quando livre de patógenos 
• A nitrificação ocorre comumente no sistema de lodos ativados por 
aeração prolongada – mas não remove o nitrogênio (apenas 
conversão a outra forma) 
Para completa remoção: desnitrificação – retorno do Nitrogênio 
para a atmosfera na forma de N2 
Nitrogênio e tratamento de esgotos 
o Ocorrendo desnitrificação: 
• Há uma economia de oxigênio (estabilização da matéria orgânica na 
ausência de oxigênio dissolvido) 
• Ocorre o consumo de H+, gerando uma economia de alcalinidade e 
no aumento da capacidade tampão do meio 
• Prejudica a sedimentação (nos decantadores secundários em 
sistemas de lodos ativados) – gás N2 
Necessidade de unidades específicas para essa remoção do 
nitrogênio – tratamento terciário 
CICLO DO FÓSFORO 
27 
O ciclo do fósforo 
P_org 
Particulado 
Ar 
Água 
P_org 
Não particulado 
Hidrólise 
P_inorg 
Dissolvido e 
disponível 
Orgânico 
Inorgânico 
Não disponível Disponível 
Particulado Não Particulado 
P_inorg 
Dissolvido e não 
disponível 
P_inorg 
particulado 
O ciclo do fósforo na água 
O ciclo do fósforo – Resumo! 
 Principais processos envolvidos no ciclo do fósforo na água e 
no sedimento: 
• Mineralização do fósforo orgânico dissolvido em PO4; 
• Assimilação biológica de PO4 pelo fitoplâncton e pelas macróficas aquáticas; 
• Fluxos na interface água-sedimento de PO4, fósforo orgânico dissolvido e 
particulado; 
• Decomposição de fósforo orgânico particulado para fósforo orgânico 
dissolvido; 
• Mortalidade biológica e excreção em fósforo orgânico particulado e 
dissolvido; 
• Adsorção e dessorção de PO4 em fósforo inorgânico particulado; 
• Consumo da fração de fósforo contido no fósforo orgânico particulado, 
dissolvido e no fitoplâncton por zooplâncton e peixes. 
Aspectos ecológicos relacionados ao ciclo do 
fósforo 
Eutrofização em ambientes aquáticos: Fósforo é um elemento 
limitante 
CICLO DO ENXOFRE 
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O ciclo do enxofre 
O ciclo do enxofre – consequências ambientais 
 
o CHUVA ÁCIDA e o SMOG INDUSTRIAL 
 
 
2𝐻2𝑂 + 𝑆𝑂2 → 𝐻2𝑆𝑂4 + 2𝐻
+