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Universidade Federal do Paraná
Engenharia Civil
Ciências do Ambiente
Aula 05 – Ciclos biogeoquímicos: Parte I
Profª Heloise G. Knapik
Objetivos de aprendizado
• Quais são os principais ciclos biogeoquímicos.
• Quais são os principais fatores e processos que controlam
os ciclos biogeoquímicos.
• Por que alguns elementos químicos possuem ciclos rápidos,
enquanto outros elementos possuem ciclos lentos.
• Como cada componente fundamental do sistema global
terrestre (a atmosfera, os recursos hídricos, as superfícies
sólidas e a própria vida) está envolvido e relacionado com
os ciclos biogeoquímicos.
• Como operam os ciclos de forma natural e como as
atividades antrópicas afetam os ciclos biogeoquímicos.
Produtividade no ecossistema:
Produtividade
primária
Produtividade
secundária
Produtividade
terciária
Fluxo de Matéria
nos Ecossistemas
Ciclos
Biogeoquímicos
CICLO DO CARBONO
5
O ciclo do carbono
Reciclagem da matéria
• Fotossíntese:
• Respiração
Aspectos ecológicos relacionados ao ciclo do
carbono
 Desequilíbrio do ciclo natural: alteração/intensificação do
processo de “Efeito estufa” (aumento da temperatura global)
Aspectos ecológicos relacionados ao ciclo do
carbono
 Acidificação de oceanos (absorvem o excesso de CO2)
CICLO DO NITROGÊNIO
11
O ciclo do nitrogênio - etapas
O ciclo do nitrogênio – resumo!
 Principais processos envolvidos no ciclo do nitrogênio na
água e no sedimento:
• Mineralização do nitrogênio orgânico particulado em NH4;
• Nitrificação do NH4 em NO3 e desnitrificação do NO3;
• Assimilação biológica de NH4 e NO3 pelo fitoplâncton e pelas
macróficas aquáticas;
• Fluxos na interface água-sedimento de NH4, NO3, nitrogênio orgânico
dissolvido e particulado;
• Decomposição de nitrogênio orgânico particulado para nitrogênio
orgânico dissolvido;
• Mortalidade biológica e excreção em nitrogênio orgânico particulado
e dissolvido;
• Consumo da fração de nitrogênio contido no nitrogênio orgânico
particulado, dissolvido e no fitoplâncton por zooplâncton e peixes.
O Ciclo do Nitrogênio na Água - Modelagem
N2
O2
Volatilização de NH3
Ar
Água
NH3
pH
N_org
σ4
β3
(σ5β1)
O2
(σ6β2)
pH
NH+4
Amonificação
Desnitrificação
β1
NO-2
β2
NO-3
Nitrificação
Nitrificação
σ3
Desnitrificação
σ1μ(1-F)
σ1μ(F)
σ1μ
σ1ρ
Algas
(Clorofila – a)
Fixação do N2
N2
Principais rotas de decomposição:
H2 O
O2
Com
O2
Sem
O2
CO2
Respiração/ oxidação da MO
Aeróbio
Matéria Orgânica: CxHyOz
Anóxico
NO-3
N2
Com
NO-3
Sem
NO-3
CO2
Desnitrificação
Anaeróbio
H2S
SO-24
CO2
Redução de Sulfatos
CO2
CH4
CO2
Metanogênese
Principais rotas de decomposição:
Nitrogênio e tratamento de esgotos
o Processos convencionais:
• Não removem adequadamente (rota mais energética envolve a
remoção carbonácea)
• Parte do nitrogênio é removido com o lodo – rico para estudos de
compostagem quando livre de patógenos
• A nitrificação ocorre comumente no sistema de lodos ativados por
aeração prolongada – mas não remove o nitrogênio (apenas
conversão a outra forma)
Para completa remoção: desnitrificação – retorno do Nitrogênio
para a atmosfera na forma de N2
Nitrogênio e tratamento de esgotos
o Ocorrendo desnitrificação:
• Há uma economia de oxigênio (estabilização da matéria orgânica na
ausência de oxigênio dissolvido)
• Ocorre o consumo de H+, gerando uma economia de alcalinidade e
no aumento da capacidade tampão do meio
• Prejudica a sedimentação (nos decantadores secundários em
sistemas de lodos ativados) – gás N2
Necessidade de unidades específicas para essa remoção do
nitrogênio – tratamento terciário
Nitrogênio como indicador de poluição
• Nitrogênio orgânico: faz parte das moléculas de proteínas (vegetais
ou animais). A sua presença nas águas é característico de poluição
recente por esgoto bruto.
• Nitrogênio amoniacal: é aquele que já sofreu decomposição pelos
microrganismos heterotróficos. Também é característico de poluição
relativamente recente (não foi completamente oxidado).
• Nitrito: forma intermediária, de curta duração após a oxidação da
amônia (NH3) pelas bactérias nitrossomonas.
• Nitrato: forma oxidada a partir dos nitritos pelas bactérias
(nitrobacter). É característico de poluição mais antiga.
CICLO DO FÓSFORO
22
O ciclo do fósforo
Aspectos ecológicos relacionados ao ciclo do
fósforo
Eutrofização em ambientes aquáticos: Fósforo é um elemento
limitante
O ciclo do fósforo – Resumo!
 Principais processos envolvidos no ciclo do fósforo na água e
no sedimento:
• Mineralização do fósforo orgânico dissolvido em PO4;
• Assimilação biológica de PO4 pelo fitoplâncton e pelas macróficas aquáticas;
• Fluxos na interface água-sedimento de PO4, fósforo orgânico dissolvido e
particulado;
• Decomposição de fósforo orgânico particulado para fósforo orgânico
dissolvido;
• Mortalidade biológica e excreção em fósforo orgânico particulado e
dissolvido;
• Adsorção e dessorção de PO4 em fósforo inorgânico particulado;
• Consumo da fração de fósforo contido no fósforo orgânico particulado,
dissolvido e no fitoplâncton por zooplâncton e peixes.
O ciclo do fósforo na água
Ar
Água
P_org
Hidrólise
Particulado
P_org
Não particulado
Orgânico
Inorgânico
P_inorg
P_inorg
P_inorg
particulado
Dissolvido e não
disponível
Dissolvido e
disponível
Particulado
Não Particulado
Não disponível
Disponível
CICLO DO ENXOFRE
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O ciclo do enxofre
O ciclo do enxofre – consequências ambientais
o CHUVA ÁCIDA e o SMOG INDUSTRIAL
2𝐻2 𝑂 + 𝑆𝑂2 → 𝐻2 𝑆𝑂4 + 2𝐻 +