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Lucien Silvano Alhanati
Gerenciamento das águas
Princípio Físico 01.
As moléculas de todos os gases à mesma temperatura possuem a mesma
energia cinética.
Conseqüentemente as moléculas de menor massa terão maior velocidade.
Princípio Físico 02.
Velocidade de escape em relação a um planeta é a menor velocidade de
lançamento de um corpo para que ele escape do campo gravitacional deste
planeta.
Conseqüências:
Corpos celestes de pequena gravidade não possuem atmosfera. A velocidade das moléculas gasosas na temperatura ambiente seria superior à velocidade de escape.
Moléculas gasosas de pequena massa teriam velocidade superior à velocidade de escape do planeta Terra e por este motivo a atmosfera terrestre não contem hidrogênio e hélio.
Moléculas gasosas de maior massa teriam velocidade inferior à velocidade de escape da Terra e por este motivo substâncias gasosas como o oxigênio, o nitrogênio, o monóxido de carbono, o dióxido de carbono, o vapor de água e muitas outras substâncias gasosas permanecem na atmosfera terrestre.
Ciclo hidrológico
A existência de um grande quantidade de água em nosso
planeta é responsável pela sua denominação de "planeta
água".
Recentemente a ONU encarregou Igor Shiklomanov, diretor do Instituto de
Hidrologia da Rússia, de calcular a quantidade total de água em nosso planeta.
O calculo é extremamente complexo, uma vez que, está incluída toda a água e
nos vários estados físicos. O valor encontrado reduzido ao estado líquido é
de 1,4 bilhão km3 .
Quantidade de água no planeta Terra corresponde a um volume líquido de 1,4 bilhão km3.
O valor encontrado por Shiklomanov é bastante próximo dos
valores calculados anteriormente, apesar das perdas e ganhos de água do
planeta.
O vapor da água na atmosfera é dissociado em hidrogênio e oxigênio pelas
radiações de alta freqüência como o ultra-violeta. O oxigênio permanece na
atmosfera e o hidrogênio escapa do campo gravitacional reduzindo a quantidade
de água no planeta. A sonda Galileo em sua viagem para Júpiter constatou a
existência do hidrogênio fora da atmosfera terrestre e próxima a ela.
Esta redução é compensada totalmente ou parcialmente pela vinda de blocos de
gelo do espaço.
A água existente no planeta está em constante movimentação constituindo o ciclo hidrológico, responsável pela purificação da água.
Princípio Físico 03
A evaporação é uma passagem do estado líquido para o gasoso que
necessita absorver uma determinada quantidade de calor.
A condensação é uma passagem do estado gasoso para o líquido que libera uma
determinada quantidade de calor.
Como a evaporação e a condensação são mudanças de estado inversas a
quantidade de calor absorvida por uma é igual à quantidade de calor liberada
pela outra.
Precipitação resultante da evaporação oceânica.
Segundo Shiklomanov anualmente são evaporados dos oceanos 505
mil km3 utilizando metade da irradiação que chega à
Terra proveniente do Sol. esta evaporação corresponderia a uma redução de
aproximadamente 1,3 m no nível dos oceanos, veja em mantos
de gelo.
Deste volume 458 mil km3 voltam
diretamente para os oceanos como chuva e neve, e a diferença
47 mil km3 é precipitado sobre
os continentes e ilhas.
Precipitação resultante da evaporação de outras fontes.
A precipitação resultante da evaporação da água de outras fontes
corresponde a um volume de 60 mil km3.
Escoamento da água dos rios para os oceanos.
O volume de água escoado para os oceanos é de 34 mil
km3 dos quais 11,3 mil km3 ficam
disponíveis para o consumo nas atividades humanas.
Influência das atividades humanas no ciclo hidrológico.
Apesar do volume total da água planetária ser praticamente constante, as
atividades humanas estão alterando o ciclo hidrológico.
O crescimento das áreas urbanas, impermeabilizando o solo, e o desmatamento
estão reduzindo substancialmente a infiltração da água no solo diminuindo o
abastecimento dos lençóis freáticos e dos aqüíferos, aumentando o
escoamento das águas superficiais, produzindo erosão que compromete a qualidade
da água.
O aquecimento do planeta e as conseqüentes mudanças climáticas estão
alterando a regularidade do ciclo hidrológico, provocando estiagens prolongadas
e grandes chuvas e ventos.
A água.
O gerenciamento que será apresentado e discutido é o da água doce que
representa apenas 2% da água total existente no planeta.
A Organização Mundial da Saúde OMS considera água doce a água com um nível
menor que 500 mg/L (miligramas por litro) de sólidos dissolvidos.
A gestão de águas pode ser realizada em duas vertentes, a quantitativa e a
qualitativa.
Sabemos que é muito importante termos água em grande quantidade e de boa
qualidade, mas a gestão é realizada por processos distintos.
A água utilizada para as atividades humanas é de três origens distintas :
Águas superficiais.
A água de boa qualidade e em quantidade suficiente é de custo elevado e em
muitos países este custo é repassado para o consumidor.
A Alemanha foi a precursora. Em 1915 foi iniciada a cobrança para o uso da
água no Vale do Rhur.
Em 1960 a França aderiu ao modelo alemão que foi também adotado pela Holanda.
Um novo formato ganhou força nos últimos anos, são os "mercados
de água", adotados pelos Estados Unidos, Austrália, Chile e
alguns outros paises.
Nos mercados de água a vazão potencial de uma bacia hidrográfica é divida em
cotas entre os usuários para garantir seu uso racional e controlado. Cada um
tem o direito de consumir uma quantidade específica de água, que pode ser
negociada, totalmente ou em partes, com outros usuários.
Gestão da água no Brasil.
O Brasil é rico em recursos hídricos. Os seus rios possuem uma descarga de
180 mil m3 / s. Estes recurso hídricos não estão distribuídos de
forma a atender a demanda. Existem regiões onde a situação é confortável e
outras em que a situação é crítica, havendo portanto necessidade de um
planejamento e uma gestão eficiente par atender a demanda com regularidade.
O uso da água em nosso país está distribuído conforme mostra o gráfico.
A gestão de águas no Brasil é realizada baseada no perfil do consumo
mostrado acima, tomando como unidade a bacia hidrográfica.
São definidas atualmente 12 bacias hidrográficas.
Região hidrográfica |
Amazônia |
Atlântico Nordeste Ocidental |
Atlântico Nordeste Oriental |
do Parnaíba |
do Tocantins |
do São Francisco |
do Paraguai |
do Paraná |
do Uruguai |
do Atlântico Leste |
do Atlântico Sudeste |
do Atlântico Sul |
Há uma dificuldade nesta gestão motivada pelo fato de que os limites das bacia
hidrográficas muitas vezes se estendem por vários estados e até em
paises vizinhos.
A Constituição de 1988 estabelece que os rios que correm em um único estado
devem ser administrados pelo estado e os que correm por mais de um estado ou que
servem de divisa entre dois estados devem ser administrados pela União. Em uma
bacia hidrográfica existem portanto alguns rios com administração estadual e
outros com administração federal.
A Constituição de 1988 previu ainda o
Sistema Nacional de Gerenciamento de Recursos Hídricos - SINGREH
O SINGREH inovando no sistema ambiental introduziu mecanismos econômicos, instituindo os conceitos de poluidor-pagador e usuário-pagador. A água passa a ter valor econômico, quem a degrada paga e quem dela se utiliza também paga.
O Sistema Nacional de Gerenciamento de Recursos Hídricos - SINGREH - é constituído conforme mostra o organograma abaixo
CNRH - Conselho Nacional de Recursos Hídricos - órgão
consultivo de assessoramento da Secretaria de Recursos Hídricos - SRH do
Ministério do Meio Ambiente - MMA.
CERH - Conselho Estadual de Recursos Hídricos - órgão consultivo de
assessoramento da Secretaria Estadual de Meio Ambiente - SEMA (nome genérico,
podendo variar de um estado para o outro).
ANA - Agencia Nacional de Águas órgão normativo e fiscalizador
vinculado ao governo federal.
DEA - Departamento Estadual de Águas (nome genérico, podendo variar de
um estado para o outro) órgão normativo e fiscalizador vinculado ao governo
estadual.
Comitê de bacia órgão deliberativo constituído por representantes de
governo, por usuários e por ONGs, responsável pela aprovação do plano de
gestão e pela proposta de valor a ser cobrado pelo uso da água.
Agência de bacia órgão executivo responsável pela fiscalização do
cumprimento das normas e recebimento do valor pago pelos usuários da água.
Os recursos arrecadados são empregados na conservação e melhoria da qualidade da água da bacia e principalmente no tratamento dos efluentes de esgoto doméstico. Várias Estações de Tratamento de Esgoto - ETE - foram construídas com recursos do Prodes - Programa de Despoluição de Bacias Hidrográficas, também conhecido como Programa de Compra de Esgoto Tratado.
Um grande desafio para os gestores de águas é a permanente
readaptação à mudanças climáticas que estão ocorrendo.
Secas prolongadas em regiões com recursos hídricos abundantes derrubam os
planejamentos feitos em condições normais anteriores, como por exemplo as
grandes secas que ocorreram no sul da região amazônica em 1983 e 2001.
Chuvas fortes e constantes provocaram no início de 2008 grandes cheias nos rios
do nordeste.
Outro grande desafio é a degradação crescente de rios e lagos produzido por efluentes sem tratamento de esgoto doméstico e industrial próximos a regiões urbanas em grande expansão.
Águas subterrâneas.
Os aqüíferos são constituídos por reservatórios de pequena profundidade
denominados de lençóis freáticos e outros de maior profundidade.
Os aqüíferos são alimentados pela infiltração das precipitações
atmosféricas, constituindo a recarga primária.
Os lençóis freáticos são alimentados principalmente pelas chuvas de verão.
Os aqüíferos profundos não se beneficiam diretamente destas chuvas e sim de
recargas provenientes de reservatórios à montante e superiores, constituindo a
recarga secundária. A gravidade é o principal agente que movimenta estas
águas.
As águas subterrâneas são ricas em sais minerais retirados do solo
constituindo as águas minerais.
Muitas vezes a concentração dos sais é tão elevada que a água torna-se
imprópria para o consumo humano e até mesmo para a irrigação de lavouras, é
o caso da água salobra retirada de poços em várias regiões do nordeste
brasileiro. Esta água tem permitido a produção de camarões de água salgada
em tanques no interior dos estados nordestinos.
Os aqüíferos superiores, os freáticos, são mais vulneráveis a
infiltrações de agentes poluidores que os mais profundos. Os grandes
poluidores são os esgotos sanitários resultantes de fossas e os
reservatórios de rejeitos industriais sem tratamento.
A despoluição das águas subterrâneas é difícil e de elevado custo, sendo
sempre muito mais eficiente adotar medidas que evitem esta poluição
As águas subterrâneas estão enquadradas no SINGREH,
e portanto são passíveis de controle e cobrança por parte do governo.
Os DEAs - Departamentos Estaduais de Águas (nome genérico, podendo variar de
um estado para o outro) são responsáveis pelas normas de uso e controle de
qualidade das águas subterrâneas.
Águas dessalinizadas.
A água dos oceanos tem grande concentração de sais dissolvidos tornando-a
imprópria para o consumo humano.
A concentração dos sais dissolvidos na água do mar não é uniforme em todos
os oceanos.
No oceano Pacífico a concentração é de 33.300 mg/L (miligramas por litro),
no Mediterrâneo a concentração é 40.600 mg/L e no Golfo Pérsico 48.000
mg/L.
Os sais dissolvidos também variam com a região sendo em média compostos de cloretos de sódio (86%), sulfato de magnésio (11%),
bicarbonato
de cálcio (1%) e brometo de potássio (1%).
A Organização Mundial da Saúde OMS considera própria para o consumo humano a água com um nível
menor que 500 mg/L de sólidos dissolvidos.
A grande expansão de cidades e indústrias em regiões litorâneas com escassez
de recurso hídricos obrigou à busca da água doce proveniente da
dessalinização da água do mar.
A dessalinização da água do mar é realizada há décadas no Caribe e no
Oriente Médio onde existem hoje 1700 unidades produzindo diariamente 21
bilhões de litros de água potável.
Nos Estados Unidos operam algumas usinas de dessalinização na Flórida
existindo um projeto de implantação de 20 na Califórnia.
Mundialmente são produzidos diariamente 29 bilhões de litros de água potável
a partir de água salgada.
Existem em funcionamento unidades móveis de dessalinização da água do mar. O
Exército Americano possui milhares destas unidades, com capacidade de produzir
perto de 11.000 litros de água potável por dia.
Princípio físico 04.
A osmose consiste na passagem do soluto de uma solução
menos concentrada para uma mais concentrada, separadas por uma membrana
semipermeável.
A osmose é um processo dinâmico, resultante da diferença do fluxo
de moléculas do solvente através da membrana semipermeável.
Membrana semipermeável é uma membrana que em contacto com uma solução retém
o soluto só deixando passar o solvente.
Pressão osmótica é a pressão resultante exercida pelo solvente para atravessar a
membrana semipermeável durante a osmose, ou seja, é a diferença entre
a pressão hidrostática exercida pela solução e a exercida pelo
solvente sobre a membrana semipermeável.
Osmose reversa consiste na inversão do sentido do fluxo do solvente quando é aplicada uma pressão superior à pressão osmótica.
Processos de dessalinização da água.
Atualmente a dessalinização da água é realizada por dois processos:
Destilação multiestágios.
A água salgada é aquecida, sendo o vapor de água condensado em seguida. Esta
água condensada é novamente aquecida sendo o vapor condensado e assim
sucessivamente n vezes. Apos o estágio de ordem n é obtida a água doce.
Este processo é muito dispendioso e só és aplicável quando quando o calor é
subproduto de uma outra atividade industrial.
Osmose reversa.
A água salgada retirada do mar é filtrada sendo a seguir introduzida sob
pressão numa tubulação contendo uma membrana semipermeável. É realizada uma
osmose reversa onde a água dessalinizada é obtida numa tubulação central
como mostra a figura abaixo. A medida que a osmose reversa vai ocorrendo a água
salgada vai aumentando de concentração. Ao fim do processo é obtida água
doce que em seguida recebe ainda um tratamento, e água salgada muito
concentrada que é devolvida ao mar.
O processo de obtenção de água potável por osmose reversa da água do
mar, consome energia elétrica e só foi viabilizado economicamente
graças às novas membranas semipermeáveis e os filtros mais eficientes que
aumentam a durabilidade destas membranas.
Estas instalações de obtenção de água potável são largamente utilizadas
na dessalinização da água salobra retirada dos poços cavados no semi-árido
do nordeste brasileiro.
A figura mostra uma destas instalações que normalmente são de pequeno e
médio porte.