emissões de nh 3 e n 2 o associadas às descargas de esgotos não tratados e processos de...
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Emissões de NH3 e N2O associadas às descargas de esgotos não tratados e processos de tratamento
de esgoto
William Zamboni de Mello
Programa de Pós-Graduação em GeoquímicaUniversidade Federal Fluminense
Emissões globais de Nr
Fontes: N2O Mosier et al. (1998)/Kroeze et al. (1999)/IPCC (2001) NOx IPCC (2001) NH3 Olivier et al. (1998)
0
10
20
30
40
50
60
N2O NOx NH3
Tg N
ano
-1
Natural Antrópico
54%
46%
79%
21%
80%
20%
N2OCaracterísticas e importância ambiental
Estável na troposfera.
Contribui para o consumo do O3 estratosférico
N2O única fonte estratosférica de NO.
Contribui para o efeito estufa
A força radiativa do N2O é 300 vezes superior a do CO2. Atual contribuição para o efeito estufa é de 6% relativa aos demais
GEE.
Fonte: AGAGE (http://agage.eas.gatech.edu)Fonte: AGAGE (http://agage.eas.gatech.edu)Fonte: IPCC (2001)Fonte: IPCC (2001)
Fonte: Spahni et al. (2005). Science, 310, 1317-1321.
N2OContribuição para o consumo do O3 na estratosfera
Decomposição de N2O na estratosfera
N2O + h N2 + O ( < 300 nm) 90%N2O + O(1D) N2 + O2 6%N2O + O(1D) 2NO 4%
Contribuição no consumo do O3 estratosférico
O3 + h O(1D) + O2 ( < 320 nm) CFCl3 + h Cl + CFCl2
NO + O3 NO2 + O Cl + O3 ClO + O2
NO2 + h NO + O ..............................O3 O2 + O
Evolução dos CFCs nas últimas 3 décadas
CFC-11 CFC-12
CFC-113 Tetracloreto de carbono
Fonte: AGAGE (http://agage.eas.gatech.edu/data.htm)
NH3
Características e importância ambiental Substância básica mais abundante da atmosfera.
Leva a formação de partículas finas de NH4NO3 e (NH4)2SO4 que prejudicam qualidade do ar e a visibilidade aérea.
Contribui indiretamente para a acidificação de ecossistemas naturais:
NH3 + 1,5O2 NO2- + H2O + H+
NH4+ + 1,5O2 NO2
- + H2O + 2H+
Contribui para a eutrofização de ecossistemas costeiros (estuários e plataforma continental) e saturação de N em solos tropicais.
N2OSistemas aquáticos
Seitzinger et al. (2000)
Nitrificação: NH4+ + 1,5O2 NO2
- + H2O + 2H+ (+ N2O)Desnitrificação: CH2O + 2NO2
- + 2H+ CO2 + N2O + 2H2O
Deposições atmosféricas de N e S na RMRJ
0
1
2
3
4
5
6
7
N-NH4 N-NO3 exc-S-SO4
kg h
a-1 a
no-1
1988-89 1998-99
de Mello (2001) e de Mello (2005)
Concentrações de NHx nas águas da baía de Guanabara
0102030405060708090
100
6,0 7,0 8,0 9,0 10,0 11,0 12,0
pH
NH
3/NH
x (%
)
Fonte: Guimarães e de Mello (2006)
Fluxo de NH3 na interface ar-água Modelo da micro-camada dupla (two-film model)
Fluxo (F ) de NH3 na interface ar-água:
F = ka(ca,eq – ca)
ka = u/[770 + 45(M )1/3]* *(Duce et al., 1991)
ka = velocidade de transferência (m s-1) u = velocidade do vento (m s-1) M = massa molecular da NH3
ca,eq = concentração de NH3 no ar (µg m-3) em equilíbrio com a concentração de NH3 medida na superfície da água
ca = concentração de NH3 medida no ar (µg m-3)
Emissões de NH3 da baía de Guanabara
Emissão média: 480 g N m-2 h-1 (42 kg N ha-1 ano-1) Guimarães e de Mello (2006)
Aporte atmosférico de NH4+ ~ 5 kg N ha-1 ano-1
de Mello (2005)
Taxa de emissão da B. de Guanabara ~ 3,8 t N dia-1
Emissões de NH3 do complexo industrial de Cubatão
1984 8,7 t N dia-1
1998 0,3 t N dia-1 CETESB (1998)
Fluxo de N2O na interface ar-mar Modelo da micro-camada dupla (two-film model)
Fluxo (F ) de N2O na interface ar-água:
F = kw(cw - cw,eq)
kw = 1,91exp(0,35u)(Sc/600)-1/2* * Raymond e Cole (2001)
kw = velocidade de transferência
cw = concentração de N2O medida na água (nmol L-1)
cw,eq = concentração de N2O na água (nmol L-1) em equilíbrio com a concentração de N2O medida no ar
Concentrações de N2O nas águas da baía de Guanabara
Concentração de N2O
8,2 ± 2,2 nmol L-1
N2O
Média = 33%
Fonte: Guimarães e de Mello (2008)
Quanto do total de N lançado na baía de Guanabara é transferido para a atmosfera?
Descarga diária de N na Baía de Guanabara
130-140 t N dia-1 *
~ 2,8% atm como NH3
~ 0,02% atm como N2O
* JICA (1994) (Japan International Cooperation Agency)
Emissões de N2O no rio Faria-Timbó, Rio de Janeiro, RJ
n = 4 N2O medido(nmol L-1)
N2O eq. ar(nmol L-1)
N2O(%)
Fluxog N m-2 h-1)
Fluxo(kg N ha-1 ano-1)
Média ± DP 322 ± 43 6,7 ± 0,1 4.830 ± 620 199 ± 26 17 ± 2
F = kw ([N2O]água – [N2O]eq,ar)
kw = 1,91exp(0,35u10)(Sc/600)-1/2
u10 = 0
Fonte: Dados não publicados
Comparação de emissões de N2O de estuários e oceanos
Baía de Guanabara 3,1 g N m-2 h-1 Guimarães e de Mello (2006)
Rio Faria Timbó 200 g N m-2 h-1
Dados não publicados
Oceanos (média) 1,3 g N m-2 h-1
Nevison et al. (1995)
Emissões de N2O de uma ETE de lodo ativado com aeração prolongada
Tanque de aeração e digestor de lodo Decantador secundário
Fluxo = h x C/t|t=0
TE = QAR {[N2O]BOLHAS – [N2O]AR}
Fonte: Coelho et al. (2010)
Emissão de N2O de uma ETE de lodos ativados
Unidade da ETE Taxa de emissão g N2O dia-1
Contribuição %
Tanque de aeração 80 90 Recirculação de lodo 4,7 5 Digestor de lodo 2,4 3 Entrada de esgoto bruto-desarenador 1,2 1 Efuente 0,9 1 Decantador secundário <0,1 <<1%
Total 89 100
Fonte: Coelho et al. (2010)
Comparação de FE de N2O com outras ETEs do mundo
Rio de Janeiro FE = 13 g N2O usuário-1 ano-1
Coelho et al. (2010)
Durham (EUA) FE = 3,2 g N2O usuário-1 ano-1 Czepiel et al. (1995)/IPCC (2006)
Tóquio (Japão) FE = 0,6 g N2O usuário-1 ano-1
Hashimoto et al. (1999)
Caminhos a seguir para se atenuar as emissões de NH3 e N2O associados às descargas e tratamento de esgotos
O tratamento de esgotos reduz as emissões de NH3
Promover processos de redução de N nos efluentes de ETEs
Promover processos de tratamento de esgotos que maximizem a transformação do N em N2
CH2O + 2N2O CO2 + 2N2 + H2O