3. EUTROFIZAO DOS CORPOS DGUA3.1. CONCEITUAO DO FENMENOAs plantas aquticas podem ser classificadas dentro das seguintes duas categorias bem amplas (Thomann e Mueller, 1987): plantas que se movem livremente com a gua (plantas aquticas planctnicas): incluem o fitoplncton microscpico, plantas flutuantes e certos tipos de plantas, como as algas cianofceas, que podem flutuar na superfcie e mover com a corrente superficial; plantas fixas (aderidas ou enraizadas): incluem as plantas aquticas enraizadas de diversos tamanhos e as plantas microscpicas aderidas (algas bnticas). As algas so, portanto, uma designao abrangente de plantas simples, a maior parte microscpica, que incluem tanto as plantas de movimentao livre, o fitoplncton e as algas bnticas aderidas. Em todos os casos, as plantas obtm a sua fonte de energia primria da energia luminosa atravs do processo de fotossntese. A eutrofizao o crescimento excessivo das plantas aquticas, tanto planctnicas quanto aderidas, a nveis tais que sejam considerados como causadores de interferncias com os usos desejveis do corpo dgua (Thomann e Mueller, 1987). Como ser visto no presente captulo, o principal fator de estmulo um nvel excessivo de nutrientes no corpo dgua, principalmente nitrognio e fsforo. Neste captulo enfoca-se, como corpo dgua, principalmente lagos e represas. O processo de eutrofizao pode ocorrer tambm em rios, embora seja menos frequente, devido s condies ambientais serem mais desfavorveis para o crescimento de algas e outras plantas, como turbidez e velocidades elevadas. A descrio a seguir ilustra a possvel sequncia da evoluo do processo de eutrofizao em um corpo dgua, como um lago ou represa (ver Figura 3.1). O nvel de eutrofizao est usualmente associado ao uso e ocupao do solo predominante na bacia hidrogrfica.

VON SPERLING, M. Introduo qualidade das guas e ao tratamento de esgotos. DESA-UFMG.1996

Fig. 3.1. Evoluo do processo de eutrofizao em um lago ou represa. Associao entre o uso e ocupao do solo e a eutrofizao.

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a) Ocupao por matas e florestas Um lago situado em uma bacia de drenagem ocupada por matas e florestas apresenta usualmente uma baixa produtividade, isto , h pouca atividade biolgica de produo (sntese) no mesmo. Mesmo nestas condies naturais e de ausncia de interferncia humana, o lago tende a reter slidos que se sedimentam, constituindo uma camada de lodo no fundo. Com os fenmenos de decomposio do material sedimentado, h um certo aumento, ainda incipiente, do nvel de nutrientes na massa lquida. Em decorrncia, h uma progressiva elevao na populao de plantas aquticas na massa lquida e, em consequncia, de outros organismos situados em nveis superiores na cadeia alimentar (cadeia trfica). Na bacia hidrogrfica, a maior parte dos nutrientes retida dentro de um ciclo quase fechado. As plantas, ao morrerem e carem no solo, sofrem decomposio, liberando nutrientes. Numa regio de matas e florestas, a capacidade de infiltrao da gua de chuva no solo elevada. Em consequncia, os nutrientes lixiviam pelo solo, onde so absorvidos pelas razes das plantas, voltando a fazer parte da sua composio, e fechando, desta forma, o ciclo. O aporte de nutrientes ao corpo dgua reduzido. Pode-se considerar que o corpo dgua apresente ainda um nvel trfico bem incipiente. b) Ocupao por agricultura A retirada da vegetao natural da bacia para ocupao por agricultura representa, usualmente, uma etapa intermediria no processo de deteriorao de um corpo dgua. Os vegetais plantados na bacia so retirados para consumo humano, muito possivelmente fora da prpria bacia hidrogrfica. Com isto, h uma retirada, no compensada naturalmente, de nutrientes, causando uma quebra no ciclo interno dos mesmos. Para compensar esta retirada, e para tornar a agricultura mais intensiva, so adicionados artificialmente, fertilizantes, isto , produtos com elevados teores dos nutrientes nitrognio e fsforo. Os agricultores, visando garantir uma produo elevada, adicionam quantidades elevadas de N e P, frequentemente superiores prpria capacidade de assimilao dos vegetais. A substituio das matas por vegetais agricultveis pode causar tambm uma reduo da capacidade de infiltrao no solo. Assim, os nutrientes, j adicionados em excesso, tendem a escoar superficialmente pelo terreno, at atingir, eventualmente, o lago ou represa. O aumento do teor de nutrientes no corpo dgua causa um certo aumento do nmero de algas e, em consequncia, dos outros organismos, situados em degraus superiores da cadeia alimentar, culminando com os peixes. Esta elevao relativa da produtividade do corpo dgua pode ser at bem-vinda, dependendo dos usos previstos para o mesmo. O balano entre os aspectos positivos e negativos depender, em grande parte, da capacidade de assimilao de nutrientes do corpo dgua (a ser detalhada posteriormente neste captulo). c) Ocupao urbana Caso se substitua a rea agricultvel da bacia hidrogrfica por ocupao urbana, uma srie de consequncias ir ocorrer, desta vez em taxa bem mais rpida. Assoreamento. A implantao de loteamentos implica em movimentos de terra para as construes. A urbanizao reduz tambm a capacidade de infiltrao das guas no terreno. As partculas de solo tendem, em consequncia, a seguir pelos fundos de vale, at atingir o lago ou represa. A, tendem a sedimentar, devido s baixssimas velocidades de escoamento horizontal. A sedimentao das partculas de solo causa o assoreamento, reduzindo o volume til do corpo dgua, e servindo de meio suporte para o crescimento de vegetais fixos de maiores dimenses (macrfitas) prximos s margens. Estes vegetais causam uma evidente deteriorao no aspecto visual do corpo dgua. Drenagem pluvial urbana. A drenagem urbana transporta uma carga muito maior de nutrientes que os demais tipos de ocupao da bacia. Este aporte de nutrientes contribui para uma elevao no teor de algas na represa.VON SPERLING, M. Introduo qualidade das guas e ao tratamento de esgotos. DESA-UFMG.1996

Esgotos. O maior fator de deteriorao est, no entanto, associado aos esgotos oriundos das atividades urbanas. Os esgotos contm nitrognio e fsforo, presentes nas fezes e urina, nos restos de alimentos, nos detergentes e outros subprodutos das atividades humanas. A contribuio de N e P atravs dos esgotos bem superior contribuio originada pela drenagem urbana. H, portanto, uma grande elevao do aporte de N e P ao lago ou represa, trazendo, em decorrncia, uma elevao nas populaes de algas e outras plantas. Dependendo da capacidade de assimilao do corpo dgua, a populao de algas poder atingir valores bastante elevados, trazendo uma srie de problemas, como detalhado no item seguinte. Em um perodo de elevada insolao (energia luminosa para a fotossntese), as algas podero atingir superpopulaes, constituindo uma camada superficial, similar a um caldo verde. Esta camada superficial impede a penetrao da energia luminosa nas camadas inferiores do corpo dgua, causando a morte das algas situadas nestas regies. A morte destas algas traz, em si, uma srie de outros problemas. Estes eventos de superpopulao de algas so denominados florao das guas.

3.2. PROBLEMAS DA EUTROFIZAOSo os seguintes os principais efeitos indesejveis da eutrofizao (Arceivala, 1981; Thomann e Mueller, 1987; von Sperling, 1994): Problemas estticos e recreacionais. Diminuio do uso da gua para recreao, balneabilidade e reduo geral na atrao turstica devido a: frequentes floraes das guas crescimento excessivo da vegetao distrbios com mosquitos e insetos eventuais maus odores eventuais mortandades de peixes Condies anaerbias no fundo do corpo dgua. O aumento da produtividade do corpo dgua causa uma elevao da concentrao de bactrias heterotrficas, que se alimentam da matria orgnica das algas e de outros microrganismos mortos, consumindo oxignio dissolvido do meio lquido. No fundo do corpo dgua predominam condies anaerbias, devido sedimentao da matria orgnica, e reduzida penetrao do oxignio a estas profundidades, bem como ausncia de fotossntese (ausncia de luz). Com a anaerobiose, predominam condies redutoras, com compostos e elementos no estado reduzido: o ferro e o mangans encontram-se na forma solvel, trazendo problemas ao abastecimento de gua o fosfato encontra-se tambm na forma solvel, representando uma fonte interna de fsforo para as algas o gs sulfdrico causa problemas de toxicidade e maus odores. Eventuais condies anaerbias no corpo dgua como um todo. Dependendo do grau de crescimento bacteriano, pode ocorrer, em perodos de mistura total da massa lquida (inverso trmica) ou de ausncia de fotossntese (perodo noturno), mortandade de peixes e reintroduo dos compostos reduzidos em toda a massa lquida, com grande deteriorao da qualidade da gua. Eventuais mortandades de peixes. A mortandade de peixes pode ocorrer em funo de: anaerobiose (j comentada acima) toxicidade por amnia. Em condies de pH elevado (frequentes durante os perodos de elevada fotossntese), a amnia apresenta-se em grande parte na forma livre (NH3), txica aos peixes, ao invs de na forma ionizada (NH4+), no txica.

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Maior dificuldade e elevao nos custos de tratamento da gua. A presena excessiva de algas afeta substancialmente o tratamento da gua captada no lago ou represa, devido necessidade de: remoo da prpria alga remoo de cor remoo de sabor e odor maior consumo de produtos qumicos lavagens mais frequentes dos filtros Problemas com o abastecimento de guas industrial. Elevao dos custos para o abastecimento de gua industrial devido a razes similares s anteriores, e tambm aos depsitos de algas nas guas de resfriamento. Toxicidade das algas. Rejeio da gua para abastecimento humano e animal em razo da presena de secrees txicas de certas algas. Modificaes na qualidade e quantidade de peixes de valor comercial Reduo na navegao e capacidade de transporte. O crescimento excessivo de macrfitas enraizadas interfere com a navegao, aerao e capacidade de transporte do corpo dgua. Desaparecimento gradual do lago como um todo. Em decorrncia da eutrofizao e do assoreamento, aumenta a acumulao de matrias e de vegetao, e o lago se torna cada vez mais raso, at vir a desaparecer. Esta tendncia de desaparecimento de lagos (converso a brejos ou reas pantanosas) irreversvel, porm usualmente extremamente lenta. Com a interferncia do homem, o processo pode se acelerar abruptamente. Caso no haja um controle na fonte e/ou dragagem do material sedimentado, o corpo dgua pode desaparecer relativamente rapidamente.

3.3. GRAUS DE TROFIADe forma a se poder caracterizar o estgio de eutrofizao em que se encontra um corpo dgua, possibilitando a tomada de medidas preventivas e /ou corretivas, interessante a adoo de um sistema classificatrio. Usualmente, tem-se os seguintes nveis de trofia: oligotrfico (lagos claros e com baixa produtividade) mesotrfico (lagos com produtividade intermediria) eutrfico (lagos com elevada produtividade, comparada ao nvel natural bsico) De forma a se caracterizar com uma particularidade ainda mais elevada os corpos dgua, h outras classificaes com outros nveis trficos, tais como: ultraoligotrfico, oligotrfico, oligomesotrfico, mesotrfico, mesoeutrfico, eutrfico, eupolitrfico, hipereutrfico (listados da menor para a maior produtividade). Uma caracterizao qualitativa entre os principais graus de trofia pode ser como apresentada no Quadro 3.1.

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Quadro 3.1. Caracterizao trfica de lagos e reservatriosItem Biomassa Frao de algas verdes e/ou cianofceas Macrfitas Dinmica de produo Dinmica de oxignio na camada superior Dinmica de oxignio na camada inferior Ultraoligotrfico Bastante baixa Baixa Baixa ou ausente Bastante baixa Normalmente saturado Normalmente saturado Oligotrfico Reduzida Baixa Baixa Baixa Normalmente saturado Normalmente saturado Classe de trofia Mesotrfico Mdia Varivel Varivel Mdia Varivel em torno da supersaturao Varivel abaixo da saturao Varivel Eutrfico Alta Alta Alta ou baixa Alta Frequentemente supersaturado Abaixo da saturao completa ausncia Alto Hipereutrfico Bastante alta Bastante alta Baixa Alta, instvel Bastante instvel, de supersaturao ausncia Bastante instvel, de supersaturao ausncia Bastante alto

Prejuzo aos usos Baixo Baixo mltiplos Adaptado de Vollenweider (apud Salas e Martino, 1991)

A quantificao do nvel trfico , no entanto, mais difcil, especialmente para lagos tropicais. Von Sperling (1994) apresenta uma coletnea de diversas referncias, em termos de concentrao de fsforo total, clorofila a e transparncia, a qual ressalta a grande amplitude das faixas propostas por diversos autores. Alm disso, a referncia citada apresenta ainda outros possveis ndices a serem utilizados, sempre com a ressalva da dificuldade de se generalizar dados de um corpo dgua para outro. Deve-se ter em mente ainda que corpos dgua tropicais apresentam uma maior capacidade de assimilao de fsforo que corpos dgua de climas temperados. Uma interpretao da sntese relatada por von Sperling pode ser como apresentado no Quadro 3.2, em termos da concentrao de fsforo total. Quadro 3.2. Faixas aproximadas de valores de fsforo total para os principais graus de trofia Classe de trofia Concentrao de fsforo total na represa (mg/m3) Ultraoligotrfico 100 Fonte: tabela construda com base nos dados apresentados por von Sperling (1994) Nota: a superposio dos valores entre duas faixas indica a dificuldade no estabelecimento de faixas rgidas O estabelecimento da classe de trofia com base apenas no fsforo por uma questo de convenincia na modelagem matemtica. Da mesma forma que nos outros tpicos de poluio das guas foram escolhidas variveis representativas, como oxignio dissolvido (poluio por matria orgnica) e coliformes (contaminao por patognicos), adota-se neste captulo o fsforo como representativo do grau de trofia.

3.4. DINMICA DE LAGOS E RESERVATRIOSO perfil vertical de temperatura em lagos e reservatrios varia com as estaes do ano. Esta variao de temperatura afeta a densidade da gua e, em decorrncia, a capacidade de mistura e estratificao do corpo dgua. Durante o vero e os meses mais quentes do ano, a temperatura da camada superficial bem mais elevada que a temperatura do fundo, devido radiao solar. Devido a este fato, a densidade da gua superficial torna-se inferior densidade da camada do fundo, fazendo com que haja camadas distintas no corpo dgua: epilmnio: camada superior, mais quente, menos densa, com maior circulaoVON SPERLING, M. Introduo qualidade das guas e ao tratamento de esgotos. DESA-UFMG.1996

termoclina: camada de transio hipolmnio: camada inferior, mais fria, mais densa, com maior estagnao A diferena de densidades pode ser tal, que cause uma completa estratificao no corpo dgua, com as trs camadas no se misturando entre si. Esta estratificao tem uma grande influncia na qualidade da gua. Dependendo do grau de trofia do corpo dgua, poder haver uma ausncia completa de oxignio dissolvido no hipolmnio. Em decorrncia, nesta camada tem-se a predominncia de compostos reduzidos de ferro, mangans e outros. Com a chegada do perodo frio, h um resfriamento da camada superficial do lago, causando uma certa homogeneizao na temperatura ao longo de toda a profundidade. Com a homogeneizao da temperatura, tem-se tambm uma maior similaridade entre as densidades. A camada superior, subitamente resfriada, tende a ir para o fundo do lago, deslocando a camada inferior, e causando um completo revolvimento do lago. A este fenmeno d-se o nome de inverso trmica. Em lagos que apresentam uma maior concentrao de compostos reduzidos no hipolmnio, a reintroduo destes na massa dgua de todo o lago pode causar uma grande deteriorao na qualidade da gua. A reduo da concentrao de oxignio dissolvido, devido demanda introduzida pelos compostos orgnicos e inorgnicos reduzidos, bem como ressuspenso da camada anaerbia do fundo, pode causar a mortandade de peixes. A Figura 3.2 apresenta um perfil tpico de temperatura e OD nas condies de estratificao e de inverso trmica.

Fig. 3.2. Perfis de um lago em condies de estratificao e de inverso trmica

3.5. NUTRIENTE LIMITANTENutriente limitante aquele, sendo essencial para uma determinada populao, limita seu crescimento. Em baixas concentraes do nutriente limitante, o crescimento populacional baixo. Com a elevao da concentrao do nutriente limitante, o crescimento populacional tambm aumenta. Essa situao persiste at o ponto em que a concentrao desse nutriente passa a ser to elevada no meio, que um outroVON SPERLING, M. Introduo qualidade das guas e ao tratamento de esgotos. DESA-UFMG.1996

nutriente passa a ser o fator limitante, por no se apresentar em concentraes suficientes para suprir os elevados requisitos da grande populao. Esse novo nutriente passa a ser o novo nutriente limitante, pois nada adianta aumentar a concentrao do primeiro nutriente, que a populao no crescer, pois estar limitada pela insuficincia do novo nutriente limitante. Thomann e Mueller (1987) sugerem o seguinte critrio, com base na relao entre as concentraes de nitrognio e fsforo (N/P), para se estimar preliminarmente se o crescimento de algas em um lago est sendo controlado pelo fsforo ou nitrognio: grandes lagos, com predominncia de fontes no pontuais: N/P >> 10: limitao por fsforo pequenos lagos, com predominncia de fontes pontuais: N/P