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UNIVERSIDADE DE SANTO AMARO – UNISA Curso de Graduação em Engenharia Ambiental Joselino Bezerra da Silva ANÁLISE E CAUSAS: O PROCESSO DE EUTROFIZAÇÃO NA BACIA DO RIO REGINALDO, MACEIÓ-AL. Maceió – AL 2019 Joselino Bezerra da Silva ANÁLISE E CAUSAS: O PROCESSO DE EUTROFIZAÇÃO NA BACIA DO RIO REGINALDO, MACEIÓ-AL. Trabalho de Graduação apresentado ao Curso de Engenharia Ambiental da Universidade de Santo Amaro – UNISA, como requisito para obtenção do grau de Engenharia Ambiental, elaborado por Joselino Bezerra da Silva Orientador: Marcos Henrique de Araújo MACEIÓ-AL 2019 FOLHA DE APROVAÇÃO Joselino Bezerra da Silva Análise e causas: O processo de eutrofização na bacia do Rio Reginaldo, Maceió - AL. Trabalho de conclusão de curso apresentado para obtenção da graduação no curso de Engenharia Ambiental pela Universidade de Santo Amaro – UNISA. Aprovado em: / / 2019. BANCA EXAMINADORA Presidente da banca ______________________________________________ Orientador _______________________________________________ Avaliador interno _______________________________________________ Avaliador externo Dedico este trabalho, Ao glorioso Deus que nos protege, me ilumina, me orienta e me dá forças nos momentos mais difíceis da minha vida, Aos meus pais pelos esforços e dedicação em minha educação, A minha noiva, que é a principal responsável por esta conquista. Agradecimentos Ao glorioso Deus, por me conduzir no decorrer de minha vida dando-me força e sabedoria nos momentos mais difíceis para que eu podesse concretizar esse projeto. Ao meu estimado orientador e professor Marcos Henrique de Araújo, que sempre me estimulou na orientação com esmerada inteligência e paciência. A todos os professores do curso de graduação de Engenharia ambiental da Unisa que enalteceram e engrandeceram esse percurso me propocionando conhecimentos nesse curso. Agradeço a minha mãe, Maria José Ferreira, que sempre me ajudou incansavelmente durante toda minha vida sem medir esforços; a meu pai Severino Bezera, pelos ensinamentos de vida, pelas parcerias ao logo de nossa caminhada e por me proporcionar dignidade através do trabalho. Agradeço, a minha noiva Niedja Mesquita, obrigado por não desistir de nós mesmo diante de tantos obstáculos e dos dias árduos que enfrentamos em nossa caminhada, pelo auxílio prestado sempre com muita paciência esclarecendo minhas duvidas e partilhando conhecimento para que pudesse alcançar essa grande conquista tão almejada em minha vida. Saibas que sem você nada disso seria possível, e não existem palavras suficientes para expressar minha gratidão. Nunca é tarde demais para ser aquilo que sempre desejou ser. George Eliot RESUMO Análise sobre as causas de eutrofização na bacia do Rio Reginaldo, Maceió - AL. Trabalho de conclusão de curso – Engenharia Ambiental – Universidade de Santo Amaro – UNISA, 2018. O objetivo desse trabalho é analisar as causas de eutrofização na bacia do Rio Reginaldo a partir dos dados físico-químicos coletados pelo instituto de meio ambiente de Maceió e pela companhia de saneamento de alagoas além dos estudos já realizados no âmbito acadêmico de pós-graduações a respeito da bacia do Rio Reginaldo que traga correlações aos processos de eutrofização. A caracterização de uma situação de eutrofização desta bacia se deve a inúmeras práticas realizadas ao longo de décadas que impactaram no aceleramento do processo de eutrofização, tais práticas seja despejo de efluentes e resíduos industriais ao longo do curso fluvial efetuado pelo setor privado que percorre desde a nascente até a sua foz ou mesmo pela inércia do setor público em promover políticas públicas eficientes e eficazes seja na sua atuação com relação aos órgãos responsáveis em verificar os impactos ambientais que poderiam ocasionar a bacia do Reginaldo quando das construções de residências, instalações de indústrias e estradas no curso da bacia do Reginaldo seja ainda relevante a falta de políticas públicas eficientes de educação ambiental junto às comunidades ribeirinhas o que certamente provocou de forma mais acentuada o assoreamento de processos erosivos no rio e seus afluentes; gerado pelo grande número de dejetos orgânicos lançados ao rio em fossas localizadas em suas margens e uma grande quantidade de lixo jogados diretamente em suas águas, possibilitando o rápido efeito poluidor e exterminador do ecossistema ali presente. Sabe-se que os níveis de matéria orgânica de origem doméstica elevaram os processos de eutrofização e a contaminação do manancial o que ficou evidente e o que ficou evidente e a vista de todos os maceioenses e daqueles que visitam esta. Sendo assim, é oportuno que as comunidades que vivem no contorno da bacia do Reginaldo tenham a oportunidade de obter uma consciência ecológica necessária para que os mesmos possam oportunizar para próximas gerações uma vivência com a bacia do Reginaldo revitalizada para que possa fazer parte do cartão postal de nossa cidade conjuntamente com as belas praias que existe em Maceió. Palavras-chave: Eutrofização, meio ambiente, bacia do Reginaldo. ABSTRACT Analyses of the causes of eutrophication in the Reginaldo River Basin, Maceio - AL. Completion of course work - Environmental Engineering - University of Santo Amaro - UNISA, 2018. The objective of this work is to analyze the causes of eutrophication in the Reginaldo River basin from the physicochemical data collected by the environment institute of Maceio and by the sanitation company of Alagoas in addition to the studies already carried out in the academic scope of postgraduate studies at respect to the Reginaldo River basin that brings correlations to the processes of eutrophication. The characterization of a situation of eutrophication of this basin is due to numerous practices carried out over decades that have impacted on the acceleration of the eutrophication process, such practices are the discharge of effluents and industrial waste along the fluvial course carried out by the private sector that runs from the to its mouth or even by the inertia of the public sector in promoting efficient and effective public policies or in its action in relation to the bodies responsible for verifying the environmental impacts that could cause the Reginaldo basin when constructing residences, industrial facilities and roads in the course of the Reginaldo basin is still relevant the lack of efficient public policies of environmental education with the riverside communities, which certainly provoked more sharply the erosion of erosive processes in the river and its tributaries; generated by the large number of organic wastes thrown to the river in tanks located on its banks and a large amount of garbage thrown directly into its waters, enabling the rapid polluting and exterminating effect of the ecosystem there.It is known that the levels of organic matter of domestic origin increased the eutrophication processes and the contamination of the spring which was evident and what was evident and the view of all the maceioenses and of those who visit this. the communities that live in the outline of the Reginaldo basin have the opportunity to obtain an ecological awareness necessary so that they can offer to future generations an experience with the Reginaldo basin revitalized so that it can be part of the postcard of our city together with the beautiful beaches that exists in Maceio. Key words: Eutrophication, environment, Reginaldo basin. LISTA DE FIGURAS Figura 01: lavagem de roupa do rio salgadinho década de 60 38 Figura 02: rio salgadinho década de 38 Figura 03: poluição do riacho do salgadinho, janeiro de 2017 39 Figura 04: Bacia do Reginaldo inicia no bairro do Antares, parte alta de Maceió 39 Figura 05: Situação da bacia em Maceió, com os principais bairros identificados. 40 Figura 06: desague do rio salgadinho na praia de avenida 41 Figura 07: Uso indevido do riacho, altamente poluído nestes trechos 41 Figura 08: IMA coleta água do Salgadinho (2017) 44 Figura 09: Ocupação desordenada no vale do Reginaldo 44 Figura 10: Mortalidade de peixe em razão da falta de oxigênio 47 Figura 11: Vista macro e microscópica de Microcystis aeruginosa 47 LISTA DE TABELAS Tabela 01: Distribuição da água no planeta ................................................................................... ..17 Tabela 02: Precipitação e Evaporação ........................................................................................... ..18 Tabela 03: Comparação dos valores de DBO5 e dos resíduos de substâncias inorgânicas com o equivalente populacional (EP) e unidades correspondentes por cabeça de gado..............................................................................................................................30 Tabela 04: . Parâmetros analisados nesta pesquisa com limites e sem limites de acordo com a resolução CONAMA 357/05 ......................................................................................................... 45 Tabela 05: Dados referentes aos pontos de coleta das águas de lançamentos de efluentes .. 45 Tabela 06: Valores de OD e DBO medidos com base nos dados de 13 de junho de 2018 no riacho salgadinho........................................................................................................................................................46 LISTA DE SIGLAS ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas AL Alagoas CASAL Companhia de Abastecimento e Saneamento de Alagoas CETEC Centro de Tecnologia CETESB Companhia de Tecnologia de Saneamento Ambiental de São Paulo CIA Companhia CNPQ Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico CNS Conselho Nacional de Saúde CONAMA Conselho Nacional do Meio Ambiente DOU Diário Oficial da União EA Educação Ambiental ETEs Estações de Tratamento de Esgotos FAPEAL Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Alagoas IBGE Instituto Brasileiro de Geografia Estatística IDH Índice de Desenvolvimento Humano IMA Instituto do Meio Ambiente MEC Ministério da Educação e Cultura MMA Ministério do Meio Ambiente MTE Ministério do Trabalho e Emprego OMS Organização Mundial de Saúde ONG Organização Não Governamental ONU Organização das Nações Unidas PIB Produto Interno Bruto PRONEA Programa Nacional de Educação Ambiental SEMARH - AL Secretaria Estadual do Meio Ambiente e Recursos Hídricos de Alagoas SEPLAN - AL Secretaria Estadual de Planejamento de Alagoas SMCCU Superintendência Municipal de Controle do Convívio Urbano UFAL Universidade Federal de Alagoas Sumário 1. INTRODUÇÃO ............................................................................................................. .12 1.1. Problematização. ............................................................................................................ 12 1.2. Hipóteses. ....................................................................................................................... 13 1.3. OBJETIVO ..................................................................................................................... 13 1.4. OBJETIVOS ESPECÍFICOS ......................................................................................... 14 1.5. JUSTIFICATIVA. .......................................................................................................... 14 2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA. ......................................................................................... 15 2.1. Referenciais Teóricos ..................................................................................................... 15 2.2. Generalidades sobre a água ............................................................................................ 15 2.3. Propriedades Químicas e Físicas. ................................................................................... 20 2.3.1.Ph. ................................................................................................................................ 20 2.3.2.A Cor. .......................................................................................................................... 21 2.3.3. Condutividade .............................................................................................................. 21 2.3.4. Turbidez ....................................................................................................................... 21 2.3.5. Temperatura ................................................................................................................. 22 2.3.6. Gases dissolvidos. ........................................................................................................ 23 2.3.7. Sais minerais. ............................................................................................................... 25 2.3.8. Matéria Orgânica ......................................................................................................... 25 3. METABOLISMO NO ECOSSISTEMA AQUÁTICO. ................................................. 26 3.1. Poluição das águas superficiais ...................................................................................... 27 3.2. Déficit de oxigênio dissolvido. ....................................................................................... 27 3.2.1. Demanda Bioquímica de Oxigênio e Demanda Química de Oxigênio. ...................... 29 3.3. Ciclo do Nitrogênio. ....................................................................................................... 33 3.4. Ciclo do Fósforo. ............................................................................................................ 35 3.5. Poluição por Compostos Orgânicos Biodegradáveis. .................................................... 35 3.6. Detergentes Sintéticos. ................................................................................................... 35 4.0. EUTROFIZAÇÃO NA BACIA DO RIO REGINALDO, MACEIÓ – AL .................. 37 4.1. Área de estudo ................................................................................................................ 39 4.2. Peculiaridades da bacia do riacho Reginaldo ................................................................. 42 4.3. Metodologia. ................................................................................................................... 43 4.4 Resultados. ...................................................................................................................... 45 4.5. Discussão. ....................................................................................................................... 46 4.6. Eutrofizaçãoda Bacia do Reginaldo um problema de poluição ..................................... 48 4.6.1. Ocupação Urbana ........................................................................................................ 48 CONCLUSÃO… ............................................................................................ ......................49 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICOS ................................................................................. 50 GLOSSÁRIO........................................................................................................................53 12 1. INTRODUÇÃO O aumento do contingente populacional, o intenso processo de ocupação urbana, bem como a demanda pelos recursos hídricos, têm intensificado as ações humanas na região da Bacia do rio Reginaldo em Maceió – AL. A poluição dos recursos hídricos pelo lançamento de esgoto doméstico tem inúmeras consequências, sendo uma delas o fenômeno conhecido como eutrofização. A eutrofização pode ser caracterizada como um processo em que ocorre um aumento na concentração de nutrientes (principalmente fósforo e nitrogênio) em ambientes aquáticos, tais como rios e lagos. A eutrofização pode ocorrer naturalmente ou em razão da ação antrópica, quando ocorre naturalmente, geralmente é relacionada ao transporte de matéria orgânica, que se acumula ao longo dos anos, configurando-se como um processo mais lento que o ocasionado pela ação do homem. Entre os efeitos negativos, a depleção do oxigênio dissolvido, a perda da biodiversidade e a proliferação de algas são alguns (ESTEVES, 2011). A ocorrência desse fenômeno pela ação antrópica efetiva-se quando é lançado na água produtos resultante de atividades industriais e agropecuárias, bem como esgoto doméstico, o que gera o aumento da disponibilidade de matéria orgânica e, consequentemente, a eutrofização. Muitos rios e lagos brasileiro sofrem com esse fenômeno, que ocasiona um grande dano ambiental, uma vez que diversos organismos da flora e fauna acabam morrendo, destacando ainda que ao lançar esgoto nas águas, também há o aumento da probabilidade de propagação de doenças, exatamente o que vem ocorrendo ao longo dos anos com o rio Reginaldo em Maceió – AL como irão ver no decorrer desse trabalho de análise. Nesse processo, durante as ultimas décadas pode-se evidenciar a extensiva urbanização desenfreada em todo percurso do rio agravando o aumento de sedimentos para a bacia. Com esse crescente significativo de sedimentos e poluentes gerando a eutrofização do rio Reginaldo, acarretando no assoreamento consequentemente afetando a qualidade ambiental ( VILELA, et al. 2004; BAPTISTIA NETO et al., 200; REBELLO et al., 1986; VANDENBERG & REBELLO, 1986). 1.1. Problematização A vida humana depende da água. Porém muitas áreas do mundo não dispõem de água suficiente para beber devido aos altos índices de contaminação e poluição. A água representa o constituinte inorgânico mais abundante na matéria viva, o homem possui 63% de seu peso constituído por água. Dessa forma, a biomassa presente à 13 superfície dos continentes é proporcional ao volume das precipitações pluviométricas. As massas de água em estado líquido nos Limonociclos encontram-se de forma abundante na superfície terrestre, constituindo um ambiente ecológico de características peculiares. A alta densidade, o elevado calor específico, a maior resistência a passagem da luz, a pequena capacidade de dissolver substância em suspensão constituem-se nas principais características que fazem da água um meio diverso do ambiente a que se está acostumado. Considerando o problema da poluição e da necessidade de preservar ou corrigir a qualidade das águas, é indispensável que se desenvolva um estudo para melhor conhecera problemática que desenvolve os ambientes de água (H2O) doce superficiais, e a sua poluição por eutrofização, podendo assim contribuir para a formação de uma consciência crítica a respeito da importância da recuperação e preservação da água no planeta (ESTEVES, 1998). A eutrofização leva em seus estágios finais à redução de oxigênio na água, à liberação e à acumulação de substâncias tóxicas na água e nos sedimentos, poluindo o ambiente aquático, o que pode levar à morte dos organismos aquáticos, dos ecossistemas e de seres humanos que inadvertidamente bebam ou fiquem expostos à água poluída. Embora existam muitos lagos eutróficos no planeta, a maioria ainda não está eutrófica. Mas esta situação está mudando rapidamente. 1.2. Hipóteses São hipóteses desta pesquisa: H1 – A qualidade das águas da Bacia do Rio Reginaldo, no trecho em estudo, encontra-se comprometida pela existência de concentrações dos parâmetros físico-químicos e bacteriológicos em desacordo com a classe de enquadramento, estabelecida pela legislação em vigor; H2 – A aceleração do processo de eutrofização ocasionada devido a emissão de poluentes ricos em matéria orgânica em especial de nitrogênio e fósforo proveniente das residências e industrias no entorno da Bacia do Reginaldo 1.1. OBJETIVO O trabalho tem como objetivo principal a análise das causas de eutrofização da bacia do Rio Reginaldo. 14 1.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS Analisar o grau de anoxia (ausência de oxigênio dissolvido) na bacia do Rio Reginaldo. Verificar o florescimento de algas e crescimento incontrolável de outras plantas aquáticas. Apresentar propostas de ações educativas ambientais as populações que vivem no entorno da bacia. 1.3. JUSTIFICATIVA Notadamente é sabido que as bacias hidrográficas situadas em grandes cidades ou mesmo em grandes aglomerações urbanas são contaminadas principalmente por esgotos domésticos lançados indevidamente devido a falta de saneamento necessário e pela falta de conscientização da população, e que devido a essas situações associadas a falta da participação eficiente e eficaz do poder público condiciona a elevar o grau de degradação ambiental nos cursos de água e provocando a eutrofização das bacias hidrográficas. Sabe-se que um sistema de coleta e tratamento de esgotos domésticos é uma das características necessárias para se ofertar a população um meio ambiente minimamente saudável, garantindo assim uma vida mais harmoniosa entre os moradores que residem no em torno às bacias hidrográficas e sua flora e fauna. Contudo, se os elementos mínimos para que esta harmonia esteja presente faltarem, teremos como resultado facilmente identificado: Rios poluídos e contaminados Disseminação de doenças transmissíveis por veiculação hídrica Proliferação de insetos e roedores transmissores de doenças Mau cheiro Degradação do Meio Ambiente Baixo nível de Qualidade de Vida O presente trabalho de conclusão de curso analisará as causas que deflagraram a aceleração do processo de eutrofização da Bacia de Reginaldo no que diz respeito à instalação de residências, indústrias e a falta de tratamento e coleta de esgoto. O trabalho incentiva a despoluição dos riachos e córregos formadores da bacia hidrográfica do Reginaldo, através da conscientização de todapopulação e em especial daqueles que vivem no contorno da bacia do Reginaldo. 15 2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA A presente revisão procura identificar as características geográficas, sócio - ambientais responsáveis pela eutrofização da Bacia do Rio Reginaldo, Maceió-AL. O meio - ambiente e a educação ambiental passam a se tornar, contudo, o foco principal dessa revisão no sentido de agregar posturas diferenciadas de controle e manutenção das características do ecossistema fluvial, permeando pela conduta responsável da população ribeirinha quanto à preservação do Rio Reginaldo. Os aspectos inovadores que envolvem as políticas de educação ambiental serão abordados de forma suscinta, para que o entendimento não ficar demasiadamente esmiuçado. 2.1. Referenciais Teóricos O trabalho está estrurado em 4 capítulos: o capítulo 1 - é composto pela justificativa e objetivos. No capítulo 2 temos o referencial teórico abrangendo os temas sobre as generalidades sobre a água, breve enfoque do ciclo hidrológico e metabolismos dos ecossistemas aquáticos. O estudo das características e concentrações das poluições das águas de superfície verifica-se no capítulo 3. No capítulo 4 encontra-se a análise sobre as causas de eutrofização na bacia do rio Reginaldo, Maceió-AL. Para finalizar são apresentadas as conclusões. 2.2. Generalidades sobre a água A abundância e a carência da água tem sido fator determinante de evolução dos povos, desde que a disponibilidade hídrica excedente, em certas regiões, tem favorecido o florescimento de civilizações e em outras, que apresenta déficit hídrico, constitui um grande condicionador ao desenvolvimento das regiões inseridas nestas condições hidrológicas. O crescente e exponencial aumento da população mundial, o desenvolvimento urbano e a expansão industrial, resultado de uma sociedade que está se modernizando, sem os devidos cuidados com a proteção e a preservação ambiental, estão associadas às situações de carência de água e a poluição dos recursos hídricos que cada vez mais vem se traduzindo na degradação da qualidade de vida do planeta. Este problema ganha dimensões preocupantes, quando se sabe que a água é um recurso natural essencial a subsistência do homem e às suas atividades, em especial aquelas de natureza econômica e quando se sabe que este recurso, que assume característica de bem estratégico e de valor econômico, ao contrário do que ocorre com outros recursos, não pode ser substituído pela maior parte das suas utilizações. 16 de Portanto a água dos limnociclos ou biociclos dulcícolas, que abrange todos os ecossistemas de água doce, é um bem finito e cada vez mais escasso - não é somente um elemento imprescindível à vida, mas também fator condicionante do desenvolvimento econômico e do bem estar social. Ele que se subdivide em duas províncias lóticas ou duas águas correntes (rios, cachoeiras, torrentes) e a província lêntica ou das águas paradas (lagos, pântanos) (SOARES, 1990). Os problemas relacionados com a água um dos mais importantes recursos ambientais não estão dissociados das relações históricas entre o homem e o meio ambiente e suas atividades produtivas, as quais tem sido de natureza predatória e dominadora e que tem resultado numa grave crise ambiental no nosso planeta. Esta crise ambiental, na qual os recursos hídricos estão inseridos, é decorrente do modelo desenvolvimento adotado, que se tem como paradigma onde os recursos naturais estão se escasseando seja em qualidade como em quantidade (ODUM, 1980). A água funciona como regulador térmico pelo seu calor específico e sua importância, como fator ecológico, advém da igualdade entre as forças de coesão e repulsão de suas moléculas, das variações de densidade que é capaz de apresentar, de sua acidental mobilidade e do seu poder de solubilidade, Neste sentido, Conti (1991): “A cada quinze moléculas de água há sempre uma (mas nem sempre a mesma) que está incessantemente mudando de lugar: ou está na superfície do mar e se evapora na atmosfera ou na superfície de uma folha, ou está na atmosfera e se precipita sobre a terra, ou filtra através da terra sedenta até um lençol profundo, ou cai num rio que vai desaguar no mar, ou ainda pode estar no aparelho digestivo de um animal, sendo absorvida pela mucosa intestinal” Assim pode-se dizer que, qualquer momento há uma molécula entre quinze que está mudando de estado, de lugar e de função. Quando a água muda de temperatura suas moléculas mudam de posição e obviamente de estrutura. Quando o gelo derrete, a água assim formada, retém uma espécie de pequenas ‘ilhas’ microscópicas que demonstram a se dissolverem, integrando uma espécie de ‘gelo em potencial’. A água poderá possui uma mobilidade acidental, desencadeada pelo vento ou por um desnível de terreno, o que poderá emprestar-lhe vários movimentos que poderão por sua vez trazer consequências imprevisíveis aos avisados. A agitação da água pode concorrer de sua temperatura como pode também aumentar seu teor de oxigênio dissolvido pelo seu contato com o ar. 17 A água age na biosfera dois modos perfeitamente distintos: Primeiro cumprindo ou descrevendo um ciclo, integralmente, da esfera da física e que consiste na perene instabilidade que é acompanhada em seus três clássicos estados. Alude-se aqui à evaporação, à liquefação e à congelação quanto ela trafega respectivamente livre mais livre que o ar sob a forma de vapor nas grandes correntes aéreas, quando se infiltra líquida nas rochas, se precipita como chuva e finalmente quando se congela nas geleiras das calotas polares e nas neves eternas das grandes montanhas ( reciclagem). Segundo aspecto se enquadra com precisão dentro do contexto biogeoquímicos, já que transportam em sua dinâmica, acima descrita, substâncias minerais e orgânicas livres combinadas ou em suspensão além de gases dissolvidos que abastecem a biota e alimentam do princípio ao fim a cadeia trófica. Em números redondos os mares representam 97% da água do ciclo hidrológico, sendo que sua maior parte se encontra no hemisfério sul. A tabela abaixo ilustra melhor a distribuição deste líquido no Planeta : Tabela 1 – Distribuição da água no planeta. ÁGUA DOCE Águas polares e de geleiras 2,70 De 800 a 4.000 de prof. 0,34 Águas subterrâneas acima de 800m 0,27 Lagos 0,009 Umidade do solo 0,005 Vapor da atmosfera 0,001 Rios 0,0001 Total 3,3251% Água Salgada Oceanos 97,3 Lagos salgados e mares interiores 0,008 Total 97,308% Fonte: CARVALHO, 1975, p. 76. 18 Outras duas formas importantes de água em movimento na Terra, são as correntes oceânicas e as descargas dos rios. As primeiras conduzem a grandes distâncias excessos e falta de energia influindo em climas como acontece com o noroeste da Europa. Os rios, além de conduzirem a água a locais muito distantes, carregam também muita matéria dissolvida e em suspensão. São muito controvertidos os valores das quantidades de água que se concentram no vários locais da Terra sob as formas sólida, líquidae gasosa, mas, de um modo geral, o quadro que se segue pode servir como um modelo muito aproximado da realidade. No que concerne à precipitação e à evaporação, os dados abaixo fornecem de qualquer modo valores muitos úteis ( Tabela 2 ). Tabela 2 - Precipitação e Evaporação Mar Precipitação Evaporação Escoamento p/ Na terra 19% 12,8% 5,81% No mar 75% 81,2% 0,19% TOTAL 94% 94% 6% Fonte: CARVALHO, 1975, p. 77 A água é um composto químico formado de dois átomos de hidrogênio e um de oxigênio, por isso a denominação química de H2O. As águas correntes são o resultado de uma dissolução aquosa de vários sais, ácido carbônico e matérias orgânicas. “As águas estão em constante circulação, estando presentes tanto na atmosfera sob a forma de vapor, quanto na superfície do solo sob a forma liquida, ou mesmo no interior do subsolo, constituindo lençóis aquíferos. Três são as partes que integram o ciclo hidrológico: 1- Agua de evaporação; 2 - Agua de infiltração; 3 - Agua de escoamento superficial” (GUERRA, 1993). Segundo Esteves (1998), em determinadas condições, devido à inclinação e impermeabilidade do terreno, vão se formar constantemente as águas de escoamento superficial que produzem os maiores desgastes, erodindo o solo, produzindo ravinas ou voçorocas. A ação direta da água da chuva é dupla, pois, realiza simultaneamente uma ação física e química. Aglomera as poeiras e partículas soltas, cava regos e sulcos nas argilas tenras, embebe as rochas permeáveis, favorecendo nas regiões de clima temperado as geadas. A água das chuvas dissolve as rochas solúveis e ataca o calcáriograças ao gás carbônico que contém em dissolução. 19 As águas de escoamento superficial são indiscutivelmente as que realizam o trabalho mais intenso de desgaste das formas de relevo proeminente. A água superficial é a continuidade do ciclo hidrológico que se volta ao deslocamento das águas na superfície. Por águas superficiais deve-se considerar, Pinto (1976): “O movimento da água a partir da menor porção da chuva que, caindo sobre um solo saturado de umidade ou impermeável, escoa pela superfície, formando sucessivamente as enxurradas ou torrentes, córregos, ribeirões, rios e lagos ou reservatórios de acumulação” . Segundo Tundisi (2003) ,o escoamento das águas superficiais origina-se nas precipitações. Do volume de água da chuva parte é interceptada pela vegetação e outros obstáculos, de onde evapora em seguida. Do volume que atinge a superfície do solo, parte é retida em depressões do terreno, parte se infiltra e o restante escoa pela superfície logo que a intensidade da precipitação supere a capacidade de infiltração no solo e os espaços nas superfícies retentoras tenham sido preenchidos. No início do escoamento superficial forma-se uma película laminar que aumenta de espessura, à medida que a precipitação prossegue, até atingir uma estado de equilíbrio. As trajetórias descritas pela água no seu movimento são determinadas, principalmente, pelas linhas de maior declive de terreno e são influenciadas pelos obstáculos existentes. Nesta fase tem- se o movimento das águas livres. À medida que as águas vão atingindo os pontos mais baixos do terreno, passam a escoar em canalículos que formam a microrrede de drenagem. Sob a ação da erosão, vai aumentando a dimensão desses canalículos e o escoamento se processa, cada vez mais, por caminhos preferenciais, e de acordo com Pinto (1976): “Formam-se as torrentes, cuja duração está associada, praticamente, à precipitação; a partir delas, formam-se os cursos de água propriamente ditos, com regime de escoamento dependendo da água superficial e da contribuição do lençol de água subterrâneo. São chamadas águas sujeitas” (PINTO, 1976). Após as chuvas o escoamento superficial inicia-se, a ação da intercepção e da acumulação tende a reduzir-se no tempo e na infiltração a tornar-se constante. 20 2.3. Propriedades Químicas e Físicas pH O pH corresponde ao logaritmo decimal negativo da concentração do íon hidrogênio de uma solução aquosa. O pH pode variar de 0 a 14; pH 7,0 divide reações básicas de ácidas, ou seja, há um equilíbrio entre os íons H + e 0H - . O pH pode causar efeitos adversos sobre a água para vários usos. No sistema de abastecimento de água ele influi de diferentes maneiras. Por exemplo, influi no efeito corrosivo da água sobre as tubulações e instalações de contato. Influi ainda na coagulação química; a quantidade ótima de coagulante também depende do pH. Interfere (Companhia de Tecnologia de Saneamento Ambiental (CETESB, 1988). Para uso na agricultura, como água de irrigação, existem valores de pH apropriados, geralmente na faixa de 6,0 - 8,5. Os valores dependem do tipo de cultura, e das características físico-químicas do solo. As águas de rios isentas de poluentes têm pH de 6,5 - 8,5 (Howlett, 1982,). Nesta faixa de pH vivem a maior parte dos peixes de água doce. Para o bom desenvolvimento dos vários tipos de peixe existem faixas adequadas de pH, que são funções de outros fatores, como a temperatura, oxigênio dissolvido, concentração de cátions e ânions na água. O pH pode ser medido por dois métodos: o colorimétrico e o eletrométrico. O método colorimétrico emprega um indicador químico, ou seja uma solução que apresenta intensidade de cor proporcional ao pH e variações nítidas de cor em uma faixa de pH de aproximadamente 1,5 unidades. Os exames podem ser feitos com relativa precisão em amostras sem cor e turbidez. O método eletrométrico é mais preciso e não sofre interferência de cor, turbidez, agentes oxidantes, ou agentes redutores presentes no liquido. O instrumento que mede o pH é o potenciômetro. O pH é medido através da determinação do potencial entre um eletrodo de vidro e um eletrodo de referência imersos na amostra. O eletrodo de vido assume um potencial que é dependente da atividade hidrogênica da amostra. O potencial do eletrodo (leitura do aparelho) fica sendo, então, a diferença de potencial entre o eletrodo de referência e a solução d’água. A voltagem do eletrodo de vidro é função logarítmica da atividade hidrogeniônica da amostra (HOWLETT,1982). 21 A Cor Segundo Howlett (1982),a cor, que muitas vezes é incluída nas análises de água, representa uma avaliação das suas propriedades físicas, não tendo qualquer significado químico. Nas águas naturais dos rios a cor resulta principalmente de resíduos orgânicos e inorgânicos em suspensão, da presença de ácidos orgânicos e da presença de algas, plantas aquáticas e argilas. Para a coloração que é provocada por resíduos em suspensão pode ser prontamente removida por filtragem da água. No entanto o material em solução não pode ser completamente eliminado, mesmo usando- se filtros de poros de 0,10 mícrons de diâmetro, neste caso a remoção processa-se por coagulação,com o colorímetro, a cor é determinada por comparação da amostra de água com uma escala feita com soluções padrão preparada com cloroplatinado de potássio mais cloreto de cobalto. A unidade de cor é mg/l de platina. Condutividade A condutividade ou condutância específica é a habilidade da água de conduzir a corrente elétrica. E função da concentração de íons na água, torna-seextremamente útil para indicar variações nas suas características qualitativas. A condutividade aumenta com o aumento da concentração iônica da amostra. A condutividade específica da água pode ser definida como o recíproco da resistência elétrica medida entre faces opostas de 01(um) cm 3 de uma solução aquosa a uma dada temperatura, geralmente a temperatura padrão para medições efetuadas no laboratório é 25ºC, mas podem ser tomados valores em diferentes temperaturas. Assim, é importante que a temperatura seja especificada, a unidade da condutividade é ohms ou siemens,e o aparelho utilizado para medir a condutividade é o condutivímetro, (HOWLETT,1982). Turbidez A turbidez é o grau com que a penetração da luz emitida por uma fonte luminosa é impedida pelo material em suspensão na água. Pode ser vista como a habilidade com que as partículas em suspensão interditam a passagem da luz através da água, diferentes tipos de material em suspensão podem causar turbidez como microorganismos, detritos orgânicos, argila, fibras, colóides orgânicos e inorgânicos.Este parâmetro está muito ligado á água potável, pois a presença de sólidos, suspensos e principalmente sólidos coloidais dificulta a operação dos filtros de areia no tratamento da água(BROW, 1985). 22 Segundo Lima (1986), a turbidez vem despertando mais interesse no controle de qualidade da água pelo fato de que tem sido verificado uma associação entre a presença da água nas partículas que resultam na turbidez. Um outro aspecto envolvendo a turbidez refere- se a redução da quantidade de luz solar no interior das águas de rios e lagos pelas partículas em suspensão, afetando o desenvolvimento dos organismos aquáticos. A medição da turbidez é feita com o uso de aparelhos turbidímetros, pelo qual um feixe de luz incidente sobre a amostra de água, e tem parte dos raios luminosos refratados pelas partículas em suspensão, enquanto que o restante dos raios atravessa a solução, o sistema medidor é acionado pelos raios refratados, que por sua vez é função das partículas em suspensão na amostra, e a unidade geralmente utilizada é ppm. Temperatura A temperatura da água pode ser considerada a característica mais importante do meio aquático. As propriedades físicas, químicas e biológicas da água são funções da sua temperatura.,ela influência fortemente os níveis de oxigênio e sólidos totais dissolvidos na água. A habilidade da água de absorver oxigênio é inversamente proporcional à sua temperatura: isto é, o aumento da temperatura provoca uma redução do nível de oxigênio dissolvido na água, daí,a mudança dos níveis de temperatura podem induzir o desenvolvimento rápido de algas, com alterações no sabor, odor e cor da água, prejudicando o abastecimento público. O aquecimento da água pode provocar o desenvolvimento de muitas espécies de bactérias aquáticas como parasitas que provocam doenças, podendo causar a mortalidade de peixes (BROWN, 1985). O aumento da temperatura pode também influenciar a decomposição da matéria orgânica e assim acelerar o mecanismo microbiano, sendo portanto fator de desoxigenação da água. A atividade humana pode provocar alterações de temperatura da água através da construção de represas, do desvio de água para irrigação, da descarga nos rios de água aquecida devido ao resfriamento em processos industriais, dos desmatamentos de bacias hidrográficas, etc. A medição da temperatura da água dos rios pode ser feita com o uso de termômetros de bulbo de mercúrio, termômetros de máxima e mínima ou termômetros de registro automático. O último, evidentemente, é o mais adequado, principalmente para estudos sobre os efeitos do manejo da floresta na temperatura da água dos rios, onde dados horários são bastante úteis. A água caracteriza-se por ser um solvente universal, ou seja, é capaz de dissolver substâncias e compostos inorgânicos ou orgânicos, sólidos ou gasosos(ESTEVES,1998). 23 Ela contém todos os elementos indispensáveis à nutrição, respiração e desenvolvimento de inúmeras formas de vida, e segundo Branco (1987). “Em águas naturais, existem quantidades moderadas de todas as substâncias necessárias a vida. Essas substâncias são provenientes da ação de intemperismo sobre as rochas que constituem o substrato geológico da bacia de drenagem correspondente, de tal forma que sua proporção, na água, será semelhante à proporção com que tais elementos, ou de alguns em particular, levaria a fenômenos de superpopulação de seres vivos em geral, ou de alguma espécie em particular, o que via de regra não acontece por causas naturais, mas sim pela intervenção direta ou indireta do homem, através dos processos de eutrofização e de poluição que serão estudados oportunamente” Em condições naturais existe um equilíbrio entre elementos e compostos químicos, cedendo espaço a uma população proporcional e equilibrada de seres vegetais, os quais possibilitou a formação de uma cadeia de alimentação estável, constituída por uma grande variedade de espécies. Gases dissolvidos A concentração dos gases depende da pressão parcial e da temperatura, levando em consideração o grau de solubilidade especifica do gás, para cada temperatura e pressão, uma vez que ocorre o decréscimo da solubilidade dos gases com a elevação da temperatura, para Branco (1987): “As relações entre pressão, temperatura e qualidade dos gases dissolvidos, têm importância fundamental nos estudos limnológicos, uma vez que a existência de vida em uma massa de água, depende estritamente da quantidade de oxigênio dissolvido. E na água, a solubilidade do oxigênio é muito pequena. Os peixes salmonídeos (trutas e salmões) a exemplo, procuram localizar-se na regiões mais frias de um lago ou rio não por serem susceptíveis às temperaturas elevadas mas por apresentarem maiores exigências com à quantidade de oxigênio dissolvido” . Segundo Esteves (1998),em uma massa de água o oxigênio pode provir de duas fontes: endógenas e exógenas. Essa última refere-se ao ar atmosférico e a endógena relaciona- se a atividade da fotossíntese dos vegetais verdes da água. A fonte exógena depende da temperatura, pressão e turbulência. A película superficial de qualquer massa de água está em contato com o ar atmosférico saturando-se de oxigênio de modo instantâneo. 24 Em seguida, continua uma região de até alguns metros, as vezes centímetros, onde ocorre a maior penetração da luz, ocorrendo reações de fotossíntese e produção de matéria orgânica. Essa região é denominada de trofogênica. Na zona trofolítica pode ocorrer decomposição anaeróbia e na superfície as moléculas de água estão saturadas de oxigênio. Esta película é monomolecular, e a difusão do oxigênio nas camadas mais profundas é mais lenta. A fonte endógena depende não apenas de vegetais superiores, mas de fítoplâncton, em geral constituído de algas microscópicas. A solubilidade baixa do oxigênio na água torna este tipo de ambiente susceptível do ponto de vista ecológico, assim menciona Branco (1987): “Ao contrário do ambiente terrestre, onde o ar atmosférico contém oxigênio em proporções elevadas (cerca de 22%, ao nível do mar) permitindo a existência de uma fauna tolerante a grandes variações de sua composição, o ambiente aquático se caracteriza, ao contrário,pela presença de organismos vivendo dentro de limites muitos estreitos de variação dessas concentrações” A resistência oferecida pelas massas de água às variações de temperatura permitem a existência e abundância de vida aeróbia, pois as perdas de oxigênio devido as súbitas elevações de temperaturas tornariam inviável esse tipo de vida. O lançamento de compostos orgânicos biodegradáveis na flora e fauna aquática decorre do consumo de oxigênio que é provocado pela assimilação dessas substâncias,por isto Branco (1987) afirmar que: “São denominados compostos biodegradáveis aqueles que são susceptíveis de decomposição biológica, isto é, compostos que, constituindo alimento orgânico, permitem uma proliferação dos microorganismos (bactérias, fungos e outros seres heterótrofos) excessiva em relação às disponibilidades de oxigênio no meio. Essas “explosões populacionais” de microorganismos, consequente ao excesso de alimento, leva a uma excessiva demanda de oxigênio provocando um colapso de sua concentração no ambiente e, consequentemente, a morte de peixes e outros seres na medida de suas necessidades respiratórias naturais”. Este tipo de fenômeno raramente acontece em relação ao ar atmosférico devido as proporções de oxigênio em sua composição. Outro elemento importante é o gás carbônico, pois é 35 vezes mais solúvel que o oxigênio na água. Na água, encontra- se dissolvido ou no estado de carbonatos e bicarbonatos de metais alcalinos e alcanos terrosos. Na água ele não é determinante para o desenvolvimento de seres autótrofos, com exceção dos ambientes eutróficos. As chuvas, húmus e a matéria orgânica consumida pela água em sua atividade metabólica dos organismos heterótrofos. Ao atingir a água, o gás carbônico incorpora-se a ele formando o ácido carbônico (ODUM,1996). 25 Sais minerais Os sais minerais dissolvidos na água são importantes para o desenvolvimento de organismos autótrofos, podendo ser limitante ao desenvolvimento de algas e outros vegetais aquáticos. Normalmente, os organismos de água doce são adaptados ao ambiente de baixa pressão osmótica e o aumento dessa pressão levará a perda de água por parte dos organismos. Os sais minerais da água originam-se do desgaste físico e químico das rochas presentes no curso de água. Pode ainda, originar-se da decomposição de resíduos da flora e fauna da bacia. Neste caso, os lagos localizados em terrenos altos, sem escoadouros, constituem exceção, pela perda do volume de água por evaporação (CETESB,1988). Matéria Orgânica A matéria orgânica nutre os seres heterótrofos. Para os autótrofos ela é fonte de sais, nutrientes e gás carbônico depois da decomposição bacteriana. Na água, sua origem é autóctone (endógena) e alóctone (exógena). A autóctone é formada pela atividade de organismos autótrofos ou produtores (algas). A matéria alóctone origina-se do solo lavado pelas chuvas, folhas caídas, restos de animais que chegam a água, além da interferência humana, lançado aos corpos de água resíduos domésticos ou industriais (CETESB,1998). 2. METABOLISMO NO ECOSSISTEMA AQUÁTICO Por metabolismo dos ecossistemas aquáticos continentais entende-se o estudo da estrutura e funcionamento destes ecossistemas que constitui o objetivo principal das pesquisas limnológicas. O metabolismo de um ecossistema aquático compreende três etapas principais: produção, consumo e decomposição (ESTEVES, 1988): I - Produção A produção de um ecossistema aquático é realizada por todos os organismos capazes de sintetizar matéria orgânica, a partir de gás carbônico, sais minerais e energia solar, segundo a equação: . Estes organismos são chamados de produtores primários e se localizam principalmente na zona iluminada do lago. No ambiente límnico, os principais produtores primários são algas, macrófitas aquáticas e algumas espécies de bactérias. Uma parte da produção total (produção primaria bruta) destes organismos é gasta na manutenção de seu próprio metabolismo, enquanto a 26 outra parte é transformada em biomassa (produção primária líquida), que constitui a fonte de energia para as cadeias alimentares de todo o ecossistema. II - Consumo Os consumidores são organismos que obtêm sua energia direta ou indiretamente, a partir da matéria orgânica sintetizada pelos produtores primários. Aqueles que se utilizam diretamente da biomassa vegetal são chamados herbívoros consumidores primários. Estes organismos participam, portanto, da cadeia de herbivora e dela fazem parte varias espécies de zooplâncton, peixes e insetos aquáticos. Aquele que não utilizam a produção primária diretamente, obtendo sua energia a partir dos consumidores primários, são chamados carnívoros ou consumidores secundários, e assim sucessivamente. A transferência de energia dos produtores primários através dos herbívoros para os carnívoros, portanto através dos níveis tróficos é considerada cadeia alimentar. As cadeias alimentares podem ter 2 ou vários níveis tróficos. As transferências energéticas dentro de uma cadeia alimentar obedecem estritamente às leis da termodinâmica (ODUM, 1996). III - Decomposição No ambiente aquático a decomposição é realizada principalmente por bactérias e fungos, que decompõem a matéria orgânica até sais minerais, H2O e CO2. O papel dos decompositores é fundamental no ecossistema aquático, pois, através de sua atividade, eles promovem a circulação dos nutrientes possibilitando que estes sejam reaproveitados pelos organismos produtores. A matéria orgânica de difícil decomposição é formada principalmente por compostos lignificados, contribuindo para a formação do sedimento permanente, não mais tomando parte do metabolismo direto do lago. Nos ecossistemas aquáticos, os três processos acima descritos não ocorrem isoladamente, mas sim de maneira integrada, com alto grau de interdependência. Em alguns casos, observa-se predomínio do processo de produção sobre o de consumo, já em outros casos, ocorre o predomínio dos processos de consumo e decomposição (ESTEVES,1988). 27 2.1. Poluição das águas superficiais Esteves (1998),adverte que as substâncias tóxicas estão presentes no cotidiano humano. Os rios podem tomar-se desoxigenados devido às substâncias orgânicas naturais neles depositadas, as quais ao se decomporem contaminam as águas. Neste sentido a poluição pode ser entendida como: “à presença de substâncias tóxicas introduzidas pelo homem no meio ambiente. Isto não quer dizer que apenas a poluição causada pelo homem seja nociva, embora as súbitas mudanças introduzidas por ele sejam frequentemente mais dramáticas que os lentos efeitos do envenenamento de origem natural” (BRANCO, 1989). A poluição pode ser constatada por modernos métodos químicos, sensíveis e capazes de detectar contaminação em diferentes ambientes. Atualmente a maioria dos ambientes aquáticos encontram-se poluídos por esgoto, efluentes industriais e pelos efeitos de operações agrícolas e os rios considerados não poluídos já estão sendo prejudicados pelas atividades humanas e degradados. Antes, contudo, cumpre lembrar a seguinte definição: As substâncias tóxicas são aquelas que, mesmo em pequenas concentrações, causam efeitos nocivos aos organismos; e incluemelementos químicos, compostos inorgânicos, orgânicos naturais e sintéticos. O lançamento desses resíduos é, em geral, pontual e concentrado em locais rasos, onde a circulação restrita não permite sua diluição infinita. A poluição aquática é um dos principais problemas globais a ser resolvido no século XXI. Porém, embora os termos contaminação e poluição sejam utilizados como sinônimos por alguns autores, em geral a contaminação é considerada mais severa do que a poluição: CONTAMINANTE: Concentrações acima dos níveis naturais e presença de substâncias sem causar efeito aparente. POLUENTE: Concentrações acima dos valores permitidos por lei e presença de substâncias causando efeitos nocivos. 2.2. Déficit de oxigênio dissolvido O termo poluição será usado quando for possível demonstrar algum efeito nocivo. A destruição da flora e da fauna pode representar como resultado a poluição. A água poluída pode estar completamente desoxigenada, de forma que a maior parte da vida aquática não consiga sobreviver nela. 28 “a uma temperatura de 20”C, um litro de água saturada contém apenas cerca de 6 ml’ de 0², ao passo que um litro de & contém mais de 200 mi 3 . Mesmo um lago ou uma corrente não poluída estarão provavelmente saturados apenas de um dia, quando as plantas fazem fotossíntese e liberam 0; à noite, quando as plantas e os animais o estão consumindo, os níveis de 02 devem cair significativamente”(TUNDISI, 1986). Quanto maior a temperatura da água, menor a quantidade de 0² que ela pode reter em solução. Dessa forma, a falta de oxigênio é um dos fatores da poluição térmica. Isto ocorre porque o aumento da temperatura, a solubilidade de oxigênio na água diminui. O problema é que para a sobrevivência da flora e da fauna aquática, a necessidade de oxigênio é maior, e menor o seu suprimento. Deve-se notar também que água contendo poluentes tóxicos possui, geralmente, um nível mais baixo de oxigênio. Isto significa que os peixes devem respirar grandes volumes de água para obter o seu oxigênio. A água é recebida através da boca e transferida para as guelras. Estas absorvem oxigênio podendo também absorver os poluentes venenoso, Logo, quanto mais baixo o nível de oxigénio dissolvido, mais alta a dose de poluentes a ser provavelmente absorvida (TUNDISI,2003). O tipo mais comum de poluição de água é causada por substâncias orgânicas como o esgoto. O esgoto pode estimular o crescimento e a multiplicação de bactérias e fungos e este processo absorve oxigênio e assim desoxigena a água. A substância orgânica é geralmente medida pela sua chamada demanda bioquímica de oxigénio (DBO). Esta baseia-se num teste onde mede-se a capacidade de a água poluída absorva oxigênio através de agentes , quanto maior a demanda de 02 mais poluída estará a amostra. O efeito observado mais comum é a mudança nos tipos de plantas e nas espécies de peixes. Um rio muito sujo não tem peixes. O peixe mais resistente parece ser a enguia e o menos, a truta. De fato, as trutas são excelentes indicadores de poluição; se elas puderem sobreviver, a água é utilizável para quase todos os fins. Há uma violenta queda de oxigênio dissolvido quando se chega às proximidades do Rindo do mar. Deve haver uma relação entre este fenômeno e a capacidade redutora dos microorganismos que vivem na camada superficial da matéria sedimentada, assim Lennox (1984), mencionar que: “Os animais aquáticos resistem diferentemente á pobreza de oxigênio dissolvido, havendo uma variação de necessidades de ordem de 11 mL por litro para os organismos como as trutas, até um mínimo de 0,5 mL por litro para a carpa. Existem espécies que conseguem sobreviver em locais praticamente desprovidos de oxigênio, entrando em vida latente, em anaerobiose ou à custa da hemoglobina cuja grande afinidade com o oxigênio é por demais conhecida, exemplo a hematose, é uma prova disso”. 29 A procura do oxigênio chega a fazer com que muitos vertebrados aquáticos venham à superfície para se abastecer como as imagos dos Coleópteros Distiscídeos, ou então utilizam o ar que permanece entre os pêlos hidrófobos que possuem. O oxigénio pode estar dissolvido ou sob a forma de bicarbonatos de metais alcalinos e alcalino-terrosos. O gás carbônico é 700 vezes menos abundante no ar que o oxigênio, ou seja, 0,0035%, ao invés de 21%,nesse sentido Capra (1982),afirma que: “A água do mar contém cerca de 50 ml/l por litro de gás carbônico livre ou combinado ou seja 150 vezes a concentração da atmosfera Este gás age sobre o pH da água do mar e sobre sua reserva alcalina além de presidir à fotossíntese dos vegetais clorofilados”. O sulfato de cálcio sob a ação de uma bactéria se transforma em sulfeto de hidrogênio que é um terrível tóxico, sendo comum nas águas ricas de detritos orgânicos com os esgotos sanitários. Outro produto da decomposição dos cadáveres dos animais e da decomposição dos vegetais pelas bactérias é o chamado gás metano. Demanda Bioquímica de Oxigênio e Demanda Química de Oxigênio Segundo Decach (1984), a Demanda Bioquímica de Oxigênio é a capacidade da matéria orgânica na água consumir oxigênio, sendo avaliada experimentalmente através da determinação do oxigênio dissolvido no momento da amostragem e após um período de 5 dias, no qual as amostras são mantidas incubadas a 25 0 C (o oxigênio consumido neste período é relacionado com a matéria orgânica oxidada). A DBO de água não poluída é de 0,7 mgO2/L. CH2O (matéria orgânica): é oxidada pelo O2 (aq) consumo de O2 CH3 e NH4 + são oxidadas a NO3 - consumo de O2 A demanda química de oxigênio, determina a quantidade de oxigênio necessária para a oxidação da matéria orgânica através de agentes oxidantes fortes (MnO4, Cr2 O7) em meio ácido, com produção de CO2 e H2O. O dicromato oxida a matéria orgânica (CH2O) que não pode ser oxidado pelo oxigênio pelos microorganismos (DQO>DBO). A demanda química de oxigênio pode ser interpretada como a quantidade de oxigênio na forma de agente oxidante consumido na oxidação de componentes orgânicos na água. O grau de oxidação depende do tipo de substância, do pH, da temperatura, do tempo da reação e da concentração do agente oxidante tal como tipo de catalisador adicional, se existir. É costume referir-se a contaminação da água em função da quantidade média de detritos produzidos diariamente por uma pessoa. 30 A ordem de grandeza correspondente a esta quantidade é denominada Equivalente Populacional, EP. Não é possível definir claramente qual a quantidade de detritos correspondente ao EP, por causa do grande número de substâncias que dele participam. Contudo, é possível medir a quantidade de oxigênio consumida por microorganismos até ocorrer a completa oxidação biológica (=decomposição) dos detritos de origem humana. Com base em muitas medidas, verificou-se que num período de decomposição de 5 dias são consumidos 54 g de oxigênio. Em outras palavras, mede-se a demanda bioquímica de oxigênio (DBO) durante 5 dias (DB O5), necessária para a completa decomposição oxidativa dos detritos orgânicos. Ou seja, mede-se na prática o valor de DBO5. 1 EP corresponde, pois, a um valor de DBO5 de 54 g de oxigênio (LENNOX,1984). Tabela 3 - Comparação dos valores de DBO5 e dosresíduos de substâncias inorgânicas com o equivalente populacional (EP) e unidades correspondentes por cabeça de gado. DBO5 Nitrogênio (N) Fosfato (P2O5) Potássio Homem 54g 13,5g 5g 8g Cabeça de gado bovino 800 g 225,0 g 80 g 300 g Fonte: FELLENBERG, 1980, p. 70. Na agricultura emprega-se ainda como unidade de referência a unidade equivalente animal (CEA), que se refere à quantidade total de detritos orgânicos devida a um animal de 500 kg de peso. É possível uma comparação entre EP e EA através dos valores da DBO5. A DBO5 para 1 EA se situa em redor de 800 g de O2 e corresponde a cerca de 15 EP. Frise-se novamente que esta comparação só se refere às substâncias orgânicas passíveis de decomposição microbiana. Uma determinação quantitativa dos componentes inorgânicos existentes nos detritos humanos e animais mostra claramente que a contaminação da água com poluentes minerais nem sempre pode ser avaliada através da DBO5. Conhecidas estas possibilidades de comparar o comprometimento das águas por poluentes de diversas origens, permanece, como questão a esclarecer, a necessidade de saber quais as fontes principais desta poluição. Distinguem-se 3 grupos de águas poluídas: “1 águas residuais urbanas (esgoto); 2 águas residuárias de origem agropecuária; 3— águas residuárias industriais”. 31 Durante o Seminário de Química Industrial, realizado pela Petrobras (2006), Rio de Janeiro, foi deixado claro que o permanganato de potássio tem sido utilizado como um agente oxidante para a determinação de componentes orgânicos na água e em afluentes. O procedimento é relativamente de fácil execução, mas tem algumas desvantagens em relação a certas substâncias como alguns aminoácidos, cetonas ou ácidos carboxílicos saturados que não são ou são parcialmente oxidados. Consequentemente, o método é aplicado principalmente para águas superficiais menos poluídas ou água potável com fins de consumo, O resultado tem sido usado apenas para orientação. A medição é principalmente efetuada em solução ácida na qual o íon permanganato é reduzido para Mn. (MnO4) - + 8H + + 5e - => Mn 2 + 4H 2 O Valores mais exatos de DQO são dados pela oxidação através do dicromato de potássio em solução extremamente ácida. (Cr2O 7 ) 2 + 14H + + 6e - => 2Cr 3+ + 7H2O Este método é utilizado para determinação de DQO em todos os tipos de água e afluentes. Com poucas exceções, todas as substâncias orgânicas são na maioria completamente oxidadas. Concentração (em mg de O2L -1 ) de 10 a 15 mg L -1 podem ser facilmente determinadas. Um método modificado é empregado para pequenas concentrações. Para a interpretação dos resultados, é importante notar que os valores de DQO não pode ser diretamente convertidos em uma medida da quantidade de substâncias orgânicas presentes, sendo que a composição quantitativa é desconhecida. Diferentes substâncias exigem diferentes quantidades de agente oxidante para uma oxidação completa. Para as águas residuais domésticas, uma valor de 1,2 mg DQO por mg de matéria orgânica pode ser aceitável. Em adição a substâncias orgânicas, muitos íons inorgânicos podem ser simultaneamente oxidados como nitrito, sulfito e Fe. Altas concentrações de cloreto podem interferir e são por esta razão mascarados com íons mercúrio ou transformados a HCL depois da determinação. Íons prata são adicionados para acelerar a oxidação. A demanda bioquímica de oxigênio (DBO),vale ressaltar, é definida como a quantidade de oxigênio dissolvido que é capaz de oxidar os componentes orgânicos na água como a ajuda da microorganismos e sob condições experimentalmente definidas. A DBO é um teste biológico empírico no qual as condições da água como temperatura, concentração de oxigénio ou um tipo de bactéria tem papel decisivo. Estes e outros fatores fazem com que esta reprodutibilidade seja muito menor, quando comparada a outros testes puramente químicos. Mesmo tendo todas estas desvantagens, a DBO é de especial importância na avaliação de poluição de águas de superfícies e afluentes. Sua aplicação é indispensável no estudo sobre despejos. 32 A decomposição bioquímica em afluentes ocorre na maioria das vezes em duas fases distintas. Na primeira fase, os compostos orgânicos são decompostos quase que totalmente em CO2 e H20 (2H2O (aq) + O2 (aq) => CO2 (aq) + H20 (aq) . Na segunda fase, conhecida como fase de nitrificação, a amônia é oxidada a nitrito e então a nitrato pelas nitrosomonas ou nitrobactérias (NH3 + 2 O2 + OH - => NO3 + 2H20). A despeito da presença de amônia, esta nitrificação não ocorre em todas as águas ou afluentes e desta maneira os resultados destes testes podem ser muitos incertos. A nitrificação é principalmente observada em afluentes de esgotos, visto que ali os altas valores retratam colônias nitrificantes já presentes. Em muitos casos de estudos de efluentes, a nitrificação pode ser prevenida por ação de inibidores em quantidade suficiente para permitir comparações entre as séries de amostras. Todavia, alguns inibidores não devem ser empregados quando se investiga águas de rios, porque são necessárias informações sobre o consumo de oxigênio por todas as substâncias contidas na água e não apenas pelos componentes orgânicos. Um tempo de reação de 5 dias é normalmente usado para a medição (DBO5). O sistemas de medição manométricos são comercialmente disponíveis e de bons resultados embora os dados de ambas as técnicas não devam ser diretamente comparadas. Além disso, estes também não permitem converter resultados de um período de incubação particular em resultados de outros períodos(CETESB,1988). 1.1. Ciclo do Nitrogênio Segundo Guerra (1993),Diz-se que o nitrogénio está “fixado” quando se encontra incorporado a um composto químico deve ser anexado a plantas ou animais. O ar que envolve a biosfera contém 79% de nitrogênio sendo que desta quantidade a maior parte é na realidade um gás inerte a não ser para alguns organismos capazes de transformá-lo em uma forma combinada. Este gás existe sob formas químicas que variam de altamente oxidáveis até desmedidamente redutíveis. Nos compostos orgânicos dos tecidos vivos ele se apresenta em estado reduzido. Esta característica que denuncia uma invulgar quantidade de níveis de valência toma o nitrogênio capacitado a realizar seu complicado papel nos processos biológicos. Neste sentido, é possível afirmar: “O Nitrogênio é um elemento necessário à composição química de qualquer ser vivo, pois faz parte da estrutura dos aminoácidos e estes formam as proteínas. Além disto, o nitrogênio é obrigatório à formação das moléculas do patrimônio genético, como as bases nitrogenadas do DNA e RNA. Outra característica é que o nitrogénio molecular, embora se encontre abundantemente em nossa atmosfera (78%) não é fixado, durante a respiração animal ou vegetal”( ANDER-EGG, 1995). 33 A conversão do nitrogênio de um estado químico a outro é, na maioria das vezes, efetuada por atividades metabólicas de organismos. Em muitos casos existem - como veremos - grupos de seres especializados nesta tarda e que são capazes de modificar sua própria taxa de uso de nitrogênio, reduzindo-a ou aumentando-a conforme a necessidade. Deste modo, o aumento exagerado da fixação pelo homem, pode ser contrabalançadapelo aumento da atividade dos organismos denitrificantes. O nitrogénio da atmosfera é fixado por fenômenos ionizantes como os raios cósmicos e também por organismos marinhos. No entanto a maior fonte de nitrogénio fixado está constituída pelos organismos terrestres e as associações destas formas de vida com os vegetais. “No ar, devido a atividade industrial e as descargas de veículos automotores produzindo óxidos de nitrogênio (NO e NO2) o ciclo tem sido alterado. Esses gases na realidade constituem fases transitórias do ciclo e em geral devem ser encontrados em pequena concentração no ambiente”(BALDISSERA, 2002). Os Nitrosomonas empregam a nitrificação do íon amoníaco como sua única fonte de energia. Em presença do oxigênio o amoníaco se transforma em íon nitrito mais água. Este microorganismo é autótrofo e pode vivem sem ter uma fonte orgânica de energia. Assim como os fotoautótrofos obtêm energia da luz, os quimioautótrofos a retiram de compostos inorgânicos. O grupo a que pertence a Nitrobacter é especializada em obter energia adicional do nitrito fabricado pelo Nitrosomonas. “As bactérias quimiossintetizantes são as nitrosoiflotias que convertem amônia em nitritos e as nitrobacter, os nitritos a nitratos. A energia é obtida da oxidação. As bactérias que fixam nitrogénio no ar, incorporando-os a compostos orgânicos, no entanto, necessitam de outras fontes de energia para realizar suas respectivas transformações”(CAPRA , 1982). Bactérias do solo, como a denitrificantes Pseudomonas denitrificans, quando se acham na contingência de viver sem oxigênio são capazes de utilizar o íon nitrato como receptor de etétrons para a oxidação de compostos orgânicos. Em resumo: os animais e os vegetais ao entrarem em decomposição, desenvolvem seu nitrogênio fixado ao solo. Daí ele continua sua trajetória no ciclo através das formas vivas ou então é novamente devolvido à atmosfera. Em outras palavras, o protoplasma passa de orgânico a inorgânico graças a uma série de bactérias desintegradoras especializadas, cada uma em uma parte do processo. 34 Uma porção deste nitrogênio termina como nitrato que é a forma mais fácil de ser utilizada pelos vegetais clorofilados, se bem que outros organismos possam utilizar este gás sob outras formas. Assim fecha-se o ciclo. A percentagem de nitrogênio que o ar contém confere-lhe a faculdade de ser o maior depósito do sistema e que funciona como válvula de segurança. deste modo ele penetra na atmosfera por meio das bactérias denitrificantes e retoma continuamente ao ciclo por intermédio das bactérias fixadoras. O nitrogênio entra nas últimas fases da transformação da matéria orgânica em inorgânica, a que chamamos putrefação e que tem início na fase amoniacal também conhecida como hidrólise ou fase anaeróbica. E ai que se processa a solubilização (bactérias dotadas de diástese proteolíticas) e a peptonização (aerébeas trabalhando na superfície e anaeróbias no cerne). “de vida livre: Azotobacter (aeróbia), Clostridium (anaeróbia); simbiônticas: Rhizobium (vive em nódulos das leguminosas); fotossintética: Rhodospirillum (púrpura); do solo: variedade de Pseudomona; de epifitas e folhas: há provas de que certas bactérias que vivem em folhas e em espifitas de bosques tropicais húmidos, fixam apreciáveis quantidades de N do ar”(BARROW, 1983). O processo então,passa para sua fase mais importante para o assunto que se trata, ou seja, a fase de nitrificação, de oxidação ou aeróbia. Os nitrosomonas transformam os amoniacais em nitritos para que os nitrobácter os converta em nitratos. De forma análoga ao que se supõe da remota origem fotossintética do oxigénio, alguns cientistas encaram hoje seriamente a possibilidade do nitrogénio também ser o resultado da atividade continuada das bactérias denitriticantes ao longo da história geológica de nosso Planeta. 2.3. Ciclo do Fósforo Segundo Guerra (1993),o Fósforo é liberado pela decomposição de compostos orgânicos até a forma de fosfatos, podendo ser aproveitada pelos vegetais. Ao contrário do nitrogénio, a maior concentração de fósforo não é no ar, mas em rochas muito antigas. A decomposição pela erosão gradativa libera fosfatos, que entram nos ecossistemas onde são reciclados. No entanto, a maior parte deste fosfato vai para os mares e oceanos. 35 “A atividade humana tem contribuído para acelerar as perdas de fósforo, tomando a reciclagem “aclica”. Calcula-se que apenas 60.000 toneladas de fósforo elementar são anualmente restituídos ao mar, embora a retirada desse elemento através da pesca e de peixes marinhos seja proporcionalmente muito maior”( DILS & HEATHWAITE, 1996). Neste sentido, a maior parte do fósforo retirado dos milhões de toneladas de rochas fosfatadas que são processadas é perdida ou arrastada pela água para os sedimentos profundos. Atualmente, o homem vem se preocupando mais com o fosfato dissolvido nas águas interiores como resultado da poluição orgânica e da decomposição das rochas sob agentes de erosão, Uma solução que vem sendo utilizada é a disposição dessas águas no solo para irrigação e fertilização. 2.4. Poluição por Compostos Orgânicos Biodegradáveis Para Tundisi (2003), a poluição por compostos biodegradáveis pode provocar matança de peixes em rios que recebam grande quantidade de esgoto doméstico, pois não a condição indispensável ao efeito poluidor a existência de propriedades tóxicas ou de ação fisiológicas. O que acontece, é que normalmente em locais destes efluentes encontram-se multidões de peixes alimentando-se das matérias orgânicas lançadas. O impacto ecológico destas matérias é indireta ou secundária devido a superpopulação do meio por microorganismos heterotróficos, os quais sendo seres aeróbicos concorrem com os peixes e outros organismos aquáticos em relação às disponibilidades de oxigênio no ambiente. Por isso os peixes acabam por serem eliminados em ambientes que recebem despejos, aparentemente inócuos do ponto de vista fisiológico, como esgotos domésticos. 2.5. Detergentes Sintéticos Estes vieram substituir os sabões comuns. São também conhecidos por detergentes duros. Os detergentes sulfinicos são os principais componentes do sabão em pó. A molécula desses compostos constitui-se de duas partes: a primeira, a cadeia carbônica com 8 a 12 átomos de carbono, que estruturalmente é semelhante aos ácidos graxos; essa cadeia pode ser linear ou ramificada. A Segunda parte da molécula é uma ligação sulfônica em que o enxofre se liga diretamente a um átomo de cadeia carbónica permitindo a sua solubilidade em água sob a forma de sal sódico. O grupo sulfônico confere o poder surfactante e, consequentemente, permite a formação de espumas. 36 Nos primeiros detergentes sulfônicos, a cadeia de átomos de carbono era linear e, portanto, facilmente decomposta por via biológica. Assim, surgiram outros compostos resultantes do acoplamento da cadeia linear a um grupo aromático que reduzia o poder do detergente, mas dificultava a biodegradação Aparecem os alquil- benzeno-sulfonatos lineares (LSB) em seguida os de cadeia lateral ramificada (ABS). A estrutura química deste composto toma-o resistente à biodegradação. A ramificação forma ‘pontos de impedimento’ da oxidação e reduz os elétrons disponíveis para a ação
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