William Zamboni de Mello Programa de Pós-Graduação em Geoquímica Universidade Federal Fluminense

1. 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 Geoquímica Universidade Federal Fluminense

2. Emissões globais de Nr Fontes: N2O Mosier et al. (1998)/Kroeze et al. (1999)/IPCC (2001) NOx IPCC (2001) NH3 Olivier et al. (1998)

3. 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.

4. Fonte: Spahni et al. (2005). Science, 310, 1317-1321. Fonte: IPCC (2001) Fonte: AGAGE (http://agage.eas.gatech.edu)

5. N2OContribuição para o consumo do O3 na estratosfera Decomposição de N2O na estratosfera N2O + hn  N2 + O (l < 300 nm) 90% N2O + O(1D)  N2 + O2 6% N2O + O(1D)  2NO 4% Contribuição no consumo do O3 estratosférico O3 + hn O(1D) + O2 (l < 320 nm) CFCl3 + hn Cl + CFCl2 NO + O3  NO2 + O Cl + O3  ClO + O2 NO2 + hn  NO + O.............................. O3  O2 + O

6. 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)

7. NH3Características 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.

8. N2OSistemas aquáticos • Nitrificação: NH4+ + 1,5O2 NO2- + H2O + 2H+ (+ N2O) • Desnitrificação: CH2O + 2NO2- + 2H+  CO2 + N2O + 2H2O Seitzinger et al. (2000)

9. Deposições atmosféricas de N e S na RMRJ l de Mello (2001) e de Mello (2005)

10. Concentrações de NHx nas águas da baía de Guanabara Fonte: Guimarães e de Mello (2006)

11. Fluxo de NH3 na interface ar-águaModelo 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)

12. Emissões de NH3 da baía de Guanabara • Emissão média: 480 mg 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)

13. Fluxo de N2Ona interface ar-marModelo 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

14. Concentrações de N2O nas águas da baía de Guanabara Concentração de N2O 8,2 ± 2,2 nmol L-1 DN2O Média = 33% Fonte: Guimarães e de Mello (2008)

15. 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% é atm como NH3 ~ 0,02% é atm como N2O * JICA (1994) (Japan International Cooperation Agency)

16. Emissões de N2O no rio Faria-Timbó, Rio de Janeiro, RJ F = kw ([N2O]água – [N2O]eq,ar) kw = 1,91exp(0,35u10)(Sc/600)-1/2 u10 = 0 l Fonte: Dados não publicados

17. Comparação de emissões de N2O de estuários e oceanos • Baía de Guanabara 3,1 mg N m-2 h-1 • Guimarães e de Mello (2006) • Rio Faria Timbó 200 mg N m-2 h-1 • Dados não publicados • Oceanos (média) 1,3 mg N m-2 h-1 • Nevison et al. (1995)

18. Emissões de N2O de uma ETE de lodo ativado com aeração prolongada Tanque de aeração e digestor de lodo Decantador secundário TE = QAR {[N2O]BOLHAS – [N2O]AR} Fluxo = h x DC/Dt|t=0 Fonte: Coelho et al. (2010)

19. Emissão de N2O de uma ETE de lodos ativados Fonte: Coelho et al. (2010)

20. 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)

21. 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