ção artificial: implicaçõ ções da deficiência de saneamento para as mudanças

(1)

Proje

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õ

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ç

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clim

á

ticas globais

Donato S. Abe

Donato S. Abe, Corina , Corina SidagisSidagis GalliGalli e Jose Joséé G. TundisiG. Tundisi

Associa

Associaçãção Instituto Internacional de Ecologiao Instituto Internacional de Ecologia e Gerenciamento Ambiental

e Gerenciamento Ambiental

MUDAN

MUDANÇÇAS CLIMAS CLIMÁÁTICAS GLOBAIS E SEUS IMPACTOS NOS TICAS GLOBAIS E SEUS IMPACTOS NOS

RECURSOS H

(2)

Temas de interesse especial para o Seminário:

i) o comportamento do ciclo hidrológico e a disponibilidade de recursos hídricos; ii) o impacto destas alterações na qualidade da água e suas conseqüências para a saúde humana, o saneamento básico e a sustentabilidade; iii) as alterações do ciclo hidrológico nas áreas urbanas e metropolitanas e suas conseqüências para a segurança coletiva das populações dessas regiões,; iv) os efeitos das atividades humanas na deterioração e uso excessivo do solo e de que forma estas atividades estão deteriorando os recursos hídricos e exacerbando os impactos das mudanças globais; v) impactos nos ecossistemas aquáticos, na biodiversidade aquática e nos usos múltiplos dos sistemas aquáticos (rios, lagos, represas. áreas alagadas).

(3)

Densidade demográfica Fonte: Projeto “Brasil das Águas” (http://www.brasildasaguas.com.br) Oligotrófico Mesotrófico Eutrófico Hipereutrófico Presença de cianobactérias potencialmente tóxicas Estado trófico

Eutrofização “artificial”: enriquecimento da água por ação

antrópica resultante do aumento, principalmente, da

concentração de nitrogênio e fósforo, que causa deterioração

da qualidade da água e efeitos deletérios à biodiversidade do

ambiente (Bicudo & Bicudo, 2008).

(4)

y = 0,48223x + 34,31498 R = 0,76555 p = 0,002 0 20 40 60 80 100 0 50 100 150 P t o ta l m éd io * * ( µ g-P /L )

Densidade demográfica* (hab/km2₎

Relação entre densidade demográfica e concentração média de P total nas

Regiões Hidrográficas do Brasil

*: dados do Censo 2000 do IBGE.

**: dados obtidos em 1162 pontos nos corpos de água em todo o território brasileiro pelo Projeto Brasil das Águas. Adaptado de Abe et al. (2006).

Densid.demogr. P total médio Região Hidrográfica (hab/km2)* (ug-P/L)

1 Amazonas 2,0 39,35 2 Tocantins 8,2 26,83 3 Costeira Norte 0,7 37,98 4 Costeira NE Ocidental 18,7 42,25 5 Parnaíba 10,9 21,58 6 Costeira NE Oriental 75,2 87,47 7 Costeira Leste 36,4 63,98 8 São Francisco 20,1 43,95 9 Paraguai 5,2 57,33 10 Paraná 62,1 64,07 11 Costeira Sudeste 111,5 71,74 12 Costeira Sul 62,4 77,57 13 Uruguai 22,0 21,88

(5)

Uma das principais causas da eutrofização artificial nos

sistemas aquáticos continentais do Brasil: descarga de

esgotos domésticos sem tratamento, agravada pelo

crescimento de ocupações irregulares e falta de sistema

de saneamento em grandes áreas urbanas.

Ocupação irregular na Região Metropolitana de S.Paulo.

(6)

Rede de esgotos no Brasil em 2008 (segundo Ministério

das Cidades):

‐ índice médio de coleta : 69,7 %

‐ índice médio de tratamento: 25 %

O Ministério das Cidades prevê a aplicação de R$ 40

bilhões até 2010, no chamado PAC do Saneamento, em

referência ao Programa de Aceleração do Crescimento.

(7)

Representação esquemática das principais consequências da eutrofização em um reservatório. Straskraba & Tundisi (2000).

(8)

2005 ‐ 2007: Projeto FAPESP: “Estudo da relação entre o estado

trófico e a emissão de gases de efeito estufa (CH₄, CO₂ e N₂O) nos reservatórios do médio rio Tietê”. Região Metropolitana de São Paulo Promissão Ibitinga Barra Bonita Rio Tietê Reservatórios do médio Tietê Estado de São Paulo

(9)

0,0 5,0 10,0 15,0 20,0 25,0

BB-MO BB-ME BB-BA IB-MO IB-BA PR-MO PR-ME PR-BA

CH 4 (m g m -2 d -1)

Taxa de emissão de CH₄- interface água-ar

Período seco Período chuvoso

Montante Jusante

Barra Bonita Ibitinga Promissão (hipereutrófico/eutrófico) (eutrófico) (oligotr./mesotrófico)

-10 0 10 20 30 40 50

BB-MO BB-ME BB-BA IB-MO IB-BA PR-MO PR-ME PR-BA N2 O ( m g m -2 d -1)

Taxa de emissão de N₂O - interface água-ar

Barra Bonita Ibitinga Promissão (hipereutrófico/eutrófico) (eutrófico) (oligotr./mesotrófico) 0 2000 4000 6000 8000 10000

NO 3 -(u g-N /L)

Nitrato - Valores médios Reservatórios do Médio Rio Tietê

Montante Jusante 0 100 200 300 400 500

P t o ta l (ug-N /L)

P total - Valores médios Reservatórios do Médio Rio Tietê

Concentrações de nutrientes na água

Taxas de emissão de CH₄ e N₂O através da interface água‐ar

(10)

y = 0,049776x + 4,718643 R2_{= 0,601194} N = 16 p = 0,011 0 5 10 15 20 25 0 100 200 300 400 CH 4 (m g m -2 d -1 ) P total (µg-P/L)

P total x Taxa de emiss. CH₄

y = 0,119388x - 1,890251 R² = 0,786209 N = 16 p < 0,001 -10 0 10 20 30 40 50 0 100 200 300 400 N2 O ( m g m -2 d -1 ) P total (µg-P/L)

P total x Taxa emiss. de N₂O

Correlação entre P total na água e taxas de emissão de CH₄ e N₂O na

interface água‐ar medidas com câmaras de difusão (Abe et al. 2006).

CH₄ (mg m‐2 _d‐1_{) = 0,049776 x P total (ug/L) + 4,718643}

(11)

CH₄ (mg m‐2 _d‐1_{) = 0,049776 x P total (ug/L) + 4,718643} N₂O (mg m‐2 _d‐1_{) = 0,119388 x P total (ug/L) ‐ 1,890251}

Tomando‐se como base esses modelos lineares, foi

realizada uma projeção das taxas de emissão de CH

₄

e

N

₂

O na represa de Barra Bonita para 2010 e 2020,

utilizando‐se séries históricas da concentração de P total

na represa de Barra Bonita (1989 a 2006).

(12)

Projeção baseada na evolução da concentração de P total na represa de Barra Bonita Projeção da população na RMSP (SEADE, 2007) 12 14 16 18 20 22 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015 2020 P o pu la ç ã o ( h ab it a n te s x 10 6) Ano Projeção da População da RMSP (SEADE, 2007) 0 50 100 150 200 250 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015 2020 P t o ta l (u g /L ) Ano

Concentração média anual de P total na represa de Barra Bonita

P total observado 0 50 100 150 200 250 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015 2020 P to ta l (u g /L ) Ano

P total observado P total estimado y = 6,66575 * x - 13228,06 R2_{= 0,702} N = 9 p = 0,0048 0 50 100 150 200 250 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015 2020 P t o ta l (u g /L ) Ano

P total observado P total estimado

Projeção realística baseada no crescimento populacional y = -386,40909 + (2 * 122601,58781 / PI) * (123,37362 / (4 * (x - 2033,38328)^2 + 123,37362^2)) Projeção da concentração de P total na represa de Barra Bonita baseada no crescimento populacional na RMSP Série histórica baseada em UNEP‐IETC (2001) e Abe et al. (2009).

(13)

Emissões extrapoladas para todo o reservatório de Barra Bonita baseada na projeção do crescimento populacional na RMSP:

Emissões de N₂O em todas as ETEs de Paris = 1.335 ton N₂O d‐1

(Tallec et al. 2008) para população de 2,18 milhões de hab.



Emissão de N₂O na ETE Barueri: algo em torno de 2000 ton N₂O d‐1

Taxa média de produção de CH₄ na ETE de Barueri = 7680 ton CH₄ d‐1

(Coelho et al. 2006) para população de 3,2 milhões de hab. Concentração de Taxa de emissão (ton/dia) Ano P total (ug/L) CH₄ N₂O 2010 166,74 4036 5585 Cenário 1 2020 com tratamento atual (25%) 217,79 4823 7474 Cenário 2 2020 c/ tratamento de 80 % 43,56 2358 1563

(14)

Reservatório de Barra Bonita: apresenta condições

favoráveis para ocorrência de desnitrificação:

‐ Valores muito elevados de nitrato e matéria orgânica dissolvida; ‐ Hipolímnio frequentemente deficiente em oxigênio. Fonte: Abe et al. (2006). 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000

Res.Ponte Nova Res.Barra Bonita Res.Ibitinga Res.Três Irmãos-mont. Res.Três Irmãos-jusante

NO 2 -(µ g -N/ L) NH 4 + e N O3 -(µ g -N /L )

Variação de amônio, nitrito e nitrato ao longo do rio Tietê Projeto Brasil das Águas - 2003

Nitrato Amônio Nitrito Região Metropolitana de São Paulo

(15)

Reservatórios mesotróficos e oligotróficos: baixas

emissões de N

₂

O em função das baixas concentrações

de nitrato existentes no hipolímnio e nos sedimentos.

-10 0 10 20 30 40 50

BB-MO BB-ME BB-BA IB-MO IB-BA PR-MO PR-ME PR-BA N2 O ( m g m -2 d -1)

Taxa de emissão de N₂O - interface água-ar

0 2000 4000 6000 8000 10000

NO 3 -(u g-N /L)

Nitrato - Valores médios Reservatórios do Médio Rio Tietê

(16)

Reservatórios mesotróficos e oligotróficos: baixas

emissões de N

₂

O em função das baixas concentrações

de nitrato existentes no hipolímnio e nos sedimentos.

**: Projeto “O Balanço de Carbono nos Reservatórios de Furnas Centrais Elétricas S. A.” **: Fonte: Abe et al. (2006).

Fluxo difusivo médio

Conc. de Nitrato de N₂O na interf.

no hipolímnio sedim.-água

Reservatório Estado trófico (µgN-NO₃-/ L) (µg N-N₂O m-2 d-1)

Manso (2006-2007)* Oligotrófico 130,55 19,13

Serra da Mesa (2003-2004)* Oligotrófico 42,27 15,43

Corumbá (2004-2005)* Mesotrófico 314,50 49,43

Itumbiara (2004-2005)* Oligotrófico 203,47 20,92

L.C.B. Carvalho (Estreito) (2005-2006)* Oligotrófico 183,36 9,68

Funil (2006-2007)* Eutrófico 944,40 9,34

Furnas (2005-2006) Oligotrófico/mesotrófico 160,91 8,48

Mascarenhas de Moraes (2005-2006)* Oligotrófico/mesotrófico 312,13 15,47

(17)

Proposição de linhas de pesquisa e de tecnologia para o

avanço do conhecimento e da aplicação no tema:

1) Quantificação das emissões de gases de efeito estufa em

sistemas aquáticos continentais (temporais e espaciais),

identificação das principais fontes de emissão e

elaboração de planos para mitigação.

‐ Ênfase para sistemas eutrofizados e emissores

potenciais de CH

₄

e

N

₂

O

;

(18)

2) Estudos sobre o aproveitamento do CH₄ produzido em ETEs como fonte de energia renovável e como medida para redução das emissões para a atmosfera; Exemplos: Projeto ENERG‐BIOG ‐ "Instalação e Testes de uma Unidade de Demonstração de Geração de Energia Elétrica a partir de Biogás de Tratamento de Esgoto“ Desenvolvido pelo Centro de Referência Nacional em Biomassa

(CENBIO), em parceria com a SABESP e a Biomass Users Network do Brasil (BUN) e financiado pela FINEP/CT‐ENERG

Local de estudo: ETE Barueri, RMSP Período: 2002‐2005

Proposição de linhas de pesquisa e de tecnologia para o

avanço do conhecimento e da aplicação no tema:

(19)

2009: Projeto Piloto da Companhia de Saneamento do Paraná

(Sanepar) – utilização de CH₄ produzido pela ETE Ouro Verde em Foz

do Iguaçu‐PR para produção de energia elétrica (660 KW h por mês), incorporada ao Sistema da COPEL de distribuição.

Com a implantação do Projeto Piloto, a ETE Ouro Verde deixou de

emitir para a atmosfera o equivalente a 148 toneladas de CO₂ por ano.

(20)

3) Estudos experimentais que visem a redução das

emissões de N

₂

O durante o processo de tratamento de

esgotos

‐ Monitoramento do fluxo de N2O durante o processo de remoção biológica de nutrientes para determinação das emissões potenciais em ETEs; ‐ Determinação de mudanças operacionais para minimizar a produção de N2O durante o processo de remoção biológica de nutrientes. Projeto já em execução: “Characterization of Greenhouse Nitrogen Emission from Wastewater Treatment Operations”

Financiadora: Water Environment Research Foundation (WERF) Executora: Columbia University, E.U.A.

Projetos similares estão em andamento na Holanda, Austrália, Franca e Inglaterra.

(21)

Principais fontes de N₂O nos Estados Unidos (US EPA, 2009).

Fonte: U.S. Emissions Inventory 2009: Inventory of U.S. Greenhouse Gas Emissions and Sinks: 1990-2007.

Equivalentes de CO2 (Tg)

Fonte 1990 1995 2000 2005 2006 2007 % do total

em 2007

Fertilizantes aplicados na agricultura 200,3 202,3 204,5 210,6 208,4 207,9 66,7

Combustão móvel 43,7 53,7 52,8 36,7 33,5 30,1 9,7

Produção de ácido nítrico 20,0 22,3 21,9 18,6 18,2 21,7 7,0

Manejo de esterco 12,1 12,9 14,0 14,2 14,6 14,7 4,7

Combustão estacionária 12,8 13,3 14,5 14,8 14,5 14,7 4,7

Produção de ácido adípico (matéria

prima para preparação do nylon) 15,3 17,3 6,2 5,9 5,9 5,9 1,9

Tratamanto de esgoto 3,7 4,0 4,5 4,8 4,8 4,9 1,6

Uso de produtos 4,4 4,6 4,9 4,4 4,4 4,4 1,4

Florestas 0,5 0,8 2,4 1,8 3,5 3,3 1,1

Compostagem 0,4 0,8 1,4 1,7 1,8 1,8 0,6

Assentamentos 1,0 1,2 1,2 1,5 1,5 1,6 0,5

Queima de resíduos da agricultura 0,4 0,4 0,5 0,5 0,5 0,5 0,2

Incineração de lixo 0,5 0,5 0,4 0,4 0,4 0,4 0,1

Áreas alagadas < 0,05 < 0,05 < 0,05 < 0,05 < 0,05 < 0,05 < 0,05 Combustíveis utilizados em transportes

internacionais (jatos, navios, etc.) 1,1 0,9 0,9 1,0 1,0 1,0 0,3

(22)

Emissões de N

₂

O na agricultura

‐ 1/3 relacionadas às emissões diretas do solo ‐ 1/3 relacionadas ao manejo de resíduos animais ‐ 1/3 relacionadas às emissões indiretas (lixiviação do N inorgânico para os sistemas hídricos e posterior processo de nitrificação e desnitrificação). Dentre as fontes antropogênicas, solos cultivados contribuem com 50 a 70 % do total (IPCC, 2001). Estimativas do uso contínuo e crescente de fertilizantes na agricultura apontam para um aumento anual na emissão de N₂O de 1,4 % em 1990 para 2,8 % em 2100.

Porém, Kroeze (1993) assume que as emissões per capita de N₂O irá diminuir em 50 % até 2100 em função do maior policiamento da utilização mais eficiente de fertilizantes sintéticos na agricultura.