Aula 2 - Conceitos de Ecologia (2)

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Alcione Batista da Silva
Conceitos de ecologia
Ecologia: definição
OIKOS – Casa
LOGOS –Estudo
Ciência que estuda as relações entre os seres vivos e o ambiente onde vivem.
Ciência que estuda os ecossistemas (atual)
Onde acontece essa relação?
Biosfera
Conjunto de todas as partes da terra onde é possível, pelo menos algumas espécies de organismos, viver permanentemente, alimentar-se e reproduzir-se.
Litosfera
Hidrosfera
Atmosfera
Biosfera
Principais conceitos
Habitat – local onde o ser vivo vive e interage com o meio ambiente (“morada”)
habitat
Nicho Ecológico – papel que o organismo exerce no ecossistema (“profissão”)
Nicho
Principais conceitos
População – conjunto de indivíduos da mesma espécie.
Comunidade – conjunto de populações.
ECOSSISTEMA
É a interação entre uma comunidade biótica e o conjunto de condições físicas e químicas da região onde ela habita
Ecossistema 
Biótopo (fatores abióticos) 
Bióticos (seres vivos)
+
=
2	 
Componentes do ecossistema
 Componentes Abióticos; 
 Componentes Bióticos:
 Organismos Produtores (autotróficos);
 Organismos Consumidores (heterotróficos):
 - Consumidores
 - Decompositores (bactérias e fungos)
Metabolismo no ecossistema 
 
 673 Kcal
6 H2O + 6 CO2 -------------> C6H12O6 + 602 						 clorofila
PRODUÇÃO
fotossíntese
Cadeia alimentar
 Fluxo de energia
 Reciclagem de matéria
gavião
grama
grilo
sapo
cobra
capim
boi
Nível trófico
gavião
grama
grilo
sapo
cobra
Produtores (seres autótrofos)
Consumidores: primários (CP)
 secundários (CS)
 terciários (CT)
 quaternários (CQ)
P
CP
CS
CT
CQ
capim
boi
P
CP
CS
Diagrama de transferência de energia solar para os seres vivos
Fonte: Rezende, 2003
Fluxo de energia do sol para o meio ambiente via cadeia alimentar
Fonte: Rezende, 2003
Fluxo de matéria
OBS: A decomposição da M.O disponível em um ecossistema ocorre pela digestão aeróbia ou digestão anaeróbia.
Digestão aeróbia
É o processo de decomposição orgânica por meio do qual as bactérias aeróbicas, que apenas sobrevivem na presença de oxigénio, efetuam a degradação rápida de resíduos orgânicos.
Respiração aeróbia
C6H12O6 + 602 ----------------> 6CO2 + 6 H2O + 673 Kcal
glicose oxigênio	 gás carb. água	 energia
 Fotossíntese
Construção de matéria orgânica
Consumo de CO2 e H2O
Liberação de O2
Consumo de energia (673 Kcal)
 
Respiração Aeróbia
 
Demolição de matéria
 
Liberação de CO2 e HaO
Consumo de O2
Liberação de energia(673 Kcal) 
 
Digestão anaeróbia
Pode ser considerada como um ecossistema onde diversos grupos de microrganismos trabalham interativamente na conversão da matéria orgânica complexa em metano, gás carbônico, água, gás sulfídrico e amônia, além de novas células bacteriana (Von Sperling, 1997).
M.O.
Bactérias anaeróbias
CH4
CO2
H2O
H2S
NH3
Novas células
Microrganismos que participam do processo de decomposição anaeróbia:
 - Bactérias fermentativas
 - Bactérias acetogênicas
 - Bactérias metanogênicas
 - Bactérias sulfetogênicas
Na ausência de sulfato, o processo de digestão anaeróbia termina com as bactérias metanogênicas.
Com presença de sulfato na água residuária, as bactérias sulforedutoras passam a competir com as bactérias fermentativas, acetogênicas e metanogênicas pelos substratos disponíveis.
A redução do sulfato resulta na formação de H2S, um composto inibidor para as bactérias metanogênicas, podendo reduzir sua atividade e capacidade do reator anaeróbio.
DQO / SO42- < 7 (inibição acentuada das metanogênicas)
 DQO / SO42- > 10 (grande parte do H2S produzido será removido da fase líquida, em função de uma maior produção de biogás, diminuindo seu efeito inibidor na fase líquida)
A redução do sulfato diminui a quantidade de metano produzida.
Tratamento de esgotos
 Um sistema de tratamento de águas residuárias é constituídos por uma série de operações e processos que são empregados para a remoção de substâncias indesejáveis na água ou para transformação em outras de forma aceitáveis.
Os processos de tratamento de esgoto (físico, químico e biológico) podem ser agrupados nos seguintes níveis:
Tratamento preliminar
Tratamento primário
Tratamento secundário 
Tratamento terciário
Tratamento secundário
remoção da matéria orgânica (decantador secundário); 
eliminação de microrganismos patogênicos (desinfecção).
Processo de remoção: bioquímico
Tratamento biológico: aeróbio ou anaeróbio
PRINCIPAIS MÉTODOS DE TRATAMENTO SECUNDÁRIO
Lagoas de estabilização e variantes
Processos de disposição sobre o solo
Reatores anaeróbios
Lodos ativados e variantes
Reatores aeróbios com biofilmes
LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO E VARIANTES
Lagoas facultativas
Sistemas de lagoas anaeróbias - lagoas facultativas
Lagoas aeradas facultativas
Sistema de lagoas aeradas de mistura completa – lagoas de sedimentação
Lagoas de alta taxa
Lagoas de maturação
Lagoas de polimento
Lagoas facultativas
Matéria orgânica (M.O) em suspensão sedimentam (constitui o lodo de fundo) - processo de decomposição por microrganismos anaeróbios.
M.O dissolvida + M.O em suspensão que não sedimentaram – processo de decomposição pelas bactéria facultativas.
Respiração aeróbia – presença de oxigênio, o qual é suprido ao meio pela fotossíntese realizada pelas algas 
Reator anaeróbio de fluxo ascendente e de manta de lodo - UASB
Biomassa cresce dispersa no meio.
Atividade anaeróbia: formam gases (metano, CO2 e H2S)
Separador trifâsico
Lodo ativado convencional
Bastante utilizado em nível mundial, principalmente, em situações que se deseja uma elevada qualidade do efluente com baixo requisito de área.
Itens essenciais do sistema de lodo ativado:
 (1) Reator de aeração 
 (2) Decantador secundário
 (3) elevatória de recirculação de lodo
 (4) retirada do lodo biológico excedente
Tanques: concreto
Lodo ativado convencional
Quanto mais bactérias em suspensão, maior será o consumo de alimento, ou seja, assimilação da matéria orgânica presente no esgoto.
A recirculação do lodo biológico ao tanque de aeração aumentará a concentração de biomassa em suspensão.
Tempo de detenção do líquido: 6 a 8 horas (implica na redução do volume do tanque de aeração).
Reatores aeróbios com biofilmes 
Consiste: crescimento de bactérias aderidas a um meio suporte.
Leito de material grosseiro: pedras, brita, ripas ou material plástico.
Aeróbio: ar circula nos espaços vazios entre as pedras, fornecendo oxigênio para os microrganismos.
CICLOS BIOGEOQUÍMICOS
CICLOS BIOGEOQUÍMICOS
Introdução 
 Processos naturais
 Reciclam vários elementos químicos do ambiente para os organismos e vice-versa.
Recicláveis: porque as substâncias são continuamente transformadas durante a composição e a decomposição da matéria orgânica, sem escapar da biosfera.
Relacionados com os processos: geológicos, hidrológicos e biológicos. 
Principais ciclos: H2O, C, S, P e N
Importante: para avaliar o impacto ambiental potencialmente perigoso, que possa causar danos ao meio ambiente e nos seres vivos. 
CICLO DA ÁGUA
O grande problema dos recursos hídricos são: distribuição espacial e demanda deste recurso.
Distribuição da Água no Brasil
Alterações do ciclo hidrológico
O desmatamento e a
retirada da cobertura
vegetal deixa o solo
desprotegido, facilitando a
erosão e o assoreamento
dosrios, lagos e lagoas.
Urbanização desordenada
Ciclo do carbono
O carbono é um elemento químico de grande importância para os seres vivos, pois participa da composição química de todos os componentes orgânicos e de uma grande parcela dos inorgânicos.
Reservatório (CO2): atmosfera - 0,03% e, em proporções semelhantes, dissolvido na parte superficial dos mares, oceanos, rios e lagos.
http://biologiacesaresezar.editorasaraiva.com.br/navitacontent_/userFiles/File/Biologia_Cesar_Sezar/Bio3_333.jpg
Ciclo do carbono
O carbono das plantas pode seguir três caminhos:
Plantas: 
 
Respiração
CO2
Cadeia alimentar
decomposição
Animais superiores
CO2
Ciclo do carbono
O carbono adquirido pelos animais pode seguir três caminhos :
Animais: 
Respiração
CO2
Cadeia alimentar
decomposição
Animais superiores
CO2
Ciclo do carbono - Ações antropogênicas
Outros mecanismos de retorno a atmosfera: combustão de combustíveis fósseis (gasolina, diesel, gás natural); queima de florestas, industrias termoelétricas. 
Parte dos restos de animais e vegetais pode não sofrer decomposição e transformar-se em combustíveis fósseis (carvão e petróleo). Boa parte do carbono que estava preso durante milhões de anos nessas substâncias, está sendo devolvido à atmosfera, através da queima de combustíveis.
Em consequência destas queimas, a concentração de CO2 na atmosfera aumentou nos últimos anos.
Ciclo do fósforo 
É um elemento químico que participa estruturalmente de moléculas fundamentais do metabolismo celular, como fosfolipídios, coenzimas e ácidos nucléicos. 
Elemento limitante do crescimento de plantas, especialmente em ambientes aquáticos.
Os grandes reservatórios de fósforo são as rochas formadas durante as eras geológicas. 
Único macronutriente que não existe na atmosfera.
Ciclo do fósforo 
Ciclo do fósforo 
Retorno do fósforo ao meio:
 
- ocorre pela ação de bactérias fosfolizantes, atuando nas carcaças de animais mortos. 
- O fósforo retorna ao meio na forma de composto solúvel, sendo portanto facilmente carregado pela chuva para os lagos e rios e destes para os mares. 
- fundo do mar passa a ser um grande deposito de fósforo solúvel
- retorna ao ambiente terrestre pelas excretas das aves que se alimentam de peixes.
Ciclo do fósforo 
 Uso do fósforo: fertilizantes (NPK) – lixiviação - processo 
 de eutrofização
Demanda Brasileira por Fertilizantes por cultura (2011-2013) 
http://ruralcentro.uol.com.br/analises/uso-de-fertilizantes-no-brasil-por-cultura-agricola-4696#y=800 
http://www.agrolink.com.br/noticias/o-ano-foi-de-recordes-de-vendas-de-fertilizantes-no-brasil_141984.html 
Ciclo do nitrogênio
 O processo pelo qual o nitrogênio circula através das plantas e do solo pela ação de organismos vivos é conhecido como ciclo do nitrogênio.
 O nitrogênio é usado pelos SERES VIVOS para a produção de MOLÉCULAS complexas necessárias ao seu desenvolvimento tais como AMINOÁCIDOS, PROTEÍNAS e ÁCIDOS NUCLEICOS.
Ciclo do nitrogênio
Atmosfera: 79% N2 (poucos seres vivos assimilam o nitrogênio nessa forma) – Ex.: cianobactérias
Apesar de extremamente abundante na atmosfera o nitrogênio é frequentemente o NUTRIENTE limitante do crescimento das plantas. Isto acontece porque as plantas apenas conseguem usar o nitrogênio sob duas formas sólidas: ÍON DE AMÔNIO (NH4+) e ÍON DE NITRATO (NO3-), cuja existência não é tão abundante.
Estes compostos são obtidos através de vários processos tais como a FIXAÇÃO E NITRIFICAÇÃO.
O ciclo do nitrogênio
Ciclo do nitrogênio - Fixação do N2 (transformação do N2 em NH3)
 Fixação física
Fixação industrial
Fixação biológica (bactérias, algas azuis e fungos) – que vivem livres no solo ou associadas em raízes de plantas.
Fixação biológica:
A amônia pode ser produzida por dois tipos de biofixadores de vida livre:
bactérias do gênero Azobacter (aeróbias) e
 Clostridium (anaeróbias).
Decompositores: liberam ao ambiente resíduos de amônia.
Ciclo do nitrogênio – Processo de Amonização
Quando os decompositores começam a atuar sobre a matéria orgânica nitrogenada (proteínas do húmus, por exemplo), liberam diversos resíduos para o ambiente, entre eles a amônia (NH3). Combinando-se com a água do solo, a amônia forma hidróxido de amônio que ionizando-se produz o íon amônio (NH4+) e hidroxila. 
 NH3 + H2O NH4+ + OH-
Ciclo do nitrogênio – Processo de nitrificação
Ocorre pela ação das bactérias nitrificantes. A oxidação dos íons amônio produz nitritos como resíduos nitrogenados, que por sua vez são liberados para o ambiente ou oxidados a nitrato. 
A conversão dos íons amônio em nitrito e nitrato é conhecida por nitrificação, que ocorre pela ação de bactérias nitrificantes (Nitrosomas, Nitrosococus, Nitrobacter). O processo de nitrificação pode ser dividido em duas etapas: (1) Nitrosação: A amônia é transformada em nitrito e (2) Nitratação: Ocorre a transformação do íon nitrito em íon nitrato.
NH4+ + 3O2 2NO2- + 4 H+ + 2H2O + energia
2NO2- + O2 2NO3- + energia
Ciclo do nitrogênio – Processo de desnitrificação
A amônia produzida pelos fixadores ou pela amonização pode ser aproveitada pelas bactérias nitrificantes ou ser transformada em N2 livre, desprendendo-se para a atmosfera. 
A devolução de nitrogênio para a atmosfera é conhecida por desnitrificação e é comumente realizada pelas bactérias desnitrificantes (Pseudomonas denitificans). 
Concentração de nitratos em água doce
A concentração de derivados de NITROGÊNIO em água doce influencia a qualidade da água e pode, para valores altos, afetar a saúde pública. 
Podemos considerar dois tipos de massas de água doce: rios e aquíferos subterrâneos.
Nitrogênio x Saúde Pública
Concentrações maiores que 10 mg/L de nitrato, podem ser fatais para crianças com idades inferiores a seis meses.
Em crianças, nitrato é convertido a nitrito, que se combina com a hemoglobina no sangue, formando metamoglobina, e causando a síndrome do bebê azul. 
Também, outros problemas podem ser causados pela formação de nitrosaminas cancerígenas.
A contaminação ambiental pelo nitrato é resultado da sua lixiviação em solos, causada pelo uso de fertilizantes. 
Além disso, efluentes urbanos podem contribuir com até 40% dos nitratos presentes em águas superficiais. 
 
Outra fonte de contaminação é o descarte de efluentes de plantas de tratamento biológico nitrificante, que podem conter até 30 mg/L NO3--N. 
Art.14. A água potável deve estar em conformidade com o padrão de substâncias químicas que representam risco para a saúde (Portaria MS n° 2914/2011). 
A amônia livre é tóxico aos peixes (amônia>0,05mg/L; nitrito>0,1mg/L e nitrato>40mg/L).
O nitrogênio é um elemento indispensável para o crescimento dos microrganismos (balanço 100:5:1 em termos de DBO:N:P) responsáveis pelo tratamento de esgoto.
Informações sobre o estágio da poluição em corpos d’água:
 - poluição recente: amônia
 - poluição mais antiga: nitrato
Os ciclos biogeoquímicos mostram a harmonia das relações entre os seres vivos e o ambiente físico.
Mesmo retirando grandes quantidades de elementos químicos do ambiente, os seres vivos acabam, de uma forma ou de outra, devolvendo esses elementos ao meio, o que permite uma contínua renovação da vida.
Ações antropogênicas causam desequilibrio nos ciclos biogeoquímicos.
CONSIDERAÇÕES FINAIS
FATORES DE DESEQUILÍBRIO AMBIENTAL
Os ciclos biogeoquímicos mostram a harmonia das relações entre os seres vivos e o ambiente físico.
Mesmo retirando grandes quantidades de elementos químicos do ambiente, os seres vivos acabam, de uma forma ou de outra, devolvendo esses elementos ao meio, o quepermite uma contínua renovação da vida.
Visão do homem moderno
Poluentes quantitativos
Poluentes qualitativos
São aqueles já existentes na natureza, mas também são liberados pelo homem em quantidades significativamente maiores do que aquelas que ocorrem naturalmente.
Determinada concentrações: 
 - causar toxidez aos seres vivos
 - desequilíbrio nos ciclos biogeoquímicos
São substâncias sintéticas, isto é, não ocorrem na natureza; a única forma delas entrarem no ambiente é pela produção em fábricas e sua posterior liberação para o ambiente. 
Substâncias poluentes
São aquelas, quando lançadas no meio, representam um perigo em potencial à saúde dos organismos vivos.
Concentração de poluentes nos níveis tróficos
Mesmo em pequenas quantidades no ambiente, os poluentes podem causar sérios desastres ecológicos ao ambiente, em grande parte devido à capacidade que esses poluentes têm de se concentrarem ao longo da cadeia alimentar e assim serem passados a níveis tróficos diferentes.
Alguns tipos de poluentes são acumulativos (não se perde de um nível trófico para outro) – A esse processo se dá o nome de MAGNIFICAÇÃO TRÓFICA.
Exemplo: DDT (pesticida organoclorado – não biodegradável)
Homem
DDT
Plantas
Consumidor primário
Consumidor secundário
Concentração de poluentes nos níveis tróficos
Exemplos: 
 - Herbicidas mais utilizados: compostos dos ácidos fenoxiacético (2,4D; 2,4,5T), as triazinas (atrazina, simazina), os compostos de uréia (diuron), etc.
	TODOS ESSE HERBICIDAS, ALÉM DE POTENTES DESTRUIDORES DE VEGETAIS, SÃO EXTREMAMENTE PERSISTENTES NO SOLO.
 - Dioxinas (herbicida): ação deformante do feto em mulheres que se alimentam de vegetais contaminados)
Concentração de poluentes nos níveis tróficos
Uso do Mercúrio no Brasil
Metais pesados
 - uma das formas mais terríveis de poluição
 - grande efeito tóxico
 - altíssimo poder de acumulação nos seres humanos
Histórico
 - Início de utilização: meados de 1850 (ciclo de exploração de ouro) – Mercúrio lançado no ambiente foi de 2 a 5t/ano.
 - Acelerado processo industrial: 100 t/ano Hg (década de 70)
Concentração de poluentes nos níveis tróficos
Uso do Mercúrio no Brasil
Histórico
 - Demanda da atividade de garimpo (a partir de 1984): consumo de mercúrio dobrou (Mato Grosso, Pará e Rondônia).
 
Regiões potencialmente afetadas por contaminação por mercúrio
Principais áreas de garimpo na Região Norte do Brasil
O mercúrio ao longo da cadeia alimentar
	Metal	Fonte de contaminação	Efeitos sobre a saúde
	cádmio	Cigarro, industria de aço, fertilizantes, agrotóxicos,etc	Cancerígeno, elevação da pressão sanguínea, queda de imunidade, etc.
	Chumbo	Bateria de automóveis, tintas, combustíveis, papel de jornal, etc.	Dores de cabeça, sangramento gengival, dores abdominais, perda da memória, etc.
	Mercúrio	Termômetros, agrotóxico, garimpos, tintas, etc.	Depressão, tremores, sindrome do pânico, perda do desempenho sexual, etc.
Quadro 01: Fonte de contaminação e efeitos sobre a saúde humana dos metais mais frequentes no meio ambiente
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
BRAGA, Benedito et al. Introdução à Engenharia Ambiental. 2. ed. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2005.
LOPES, Sônia; ROSSO, Sergio. Biologia – Volume Único. 1. ed. São Paulo: Saraiva, 2005
CARVALHO, Benjamim de Araujo; Ecologia aplicada ao Saneamento Ambiental. 1. ed. Rio de Janeiro: Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental: Banco Nacional da Habitação: Fundação Estadual de Engenharia do Meio Ambiente.
ROSA, Rogério da Silva et al. Importância da compreensão dos ciclos biogeoquímicos para o desenvolvimento sustentável. 56f. 2003. Monografia. Universidade de São Paulo. Disponível em:http://www.iqsc.usp.br/iqsc/servidores/docentes/pessoal/mrezende/arquivos/EDUC-AMB-Ciclos-Biogeoquimicos.pdf
Van Haandel, A. C., Lettinga, G. (1994). Tratamento Anaeróbio de Esgotos: Um Manual para Regiões de Clima Quente, Epgraf, Campina Grande, 240 p.