CAPACIDADE DE AUTODEPURAÇÃO DO RIO SÃO MIGUEL, PAINS/MG

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1 CAPACIDADE DE AUTODEPURAÇÃO DO RIO SÃO MIGUEL, PAINS/MG Carla Daniela Chagas 1 ; Kátia Daniela Ribeiro 2* ; Caroline Miranda de Oliveira 3 & Felipe Paim Coutinho 3 Resumo O presente trabalho foi desenvolvido nos limites fisiográficos do município de Pains/MG, mais precisamente no entorno da Bacia do Rio São Miguel (principal curso d água local e receptor dos efluentes locais) e tem como objetivo avaliar a capacidade de autodepuração desse rio. Foram coletadas amostras de água a jusante e a montante do ponto de lançamento de efluentes para caracterizar os principais parâmetros relacionados ao fenômeno de autodepuração: demanda bioquímica de oxigênio (DBO) e oxigênio dissolvido (OD). Coletaram-se também amostras do efluente lançado no rio para determinação de sua carga orgânica. Utilizou-se o modelo matemático de Streeter-Phelps (1925) para modelar a autodepuração do rio São Miguel e os dados obtidos na modelagem foram confrontados com os dados obtidos pela amostragem em campo. Os resultados obtidos mostraram que, apesar da intervenção antrópica, o rio consegue estabilizar a matéria orgânica nele lançada diariamente, o que não quer dizer que não haja a necessidade de se estabelecerem diretrizes em prol de sua conservação por parte da administração e população local. O modelo adotado para avaliar o processo de autodepuração no rio estudado não foi adequado, indicando a necessidade de se desenvolver um modelo para o rio ajustado a parâmetros determinados in loco. Palavras Chave: Oxigênio Dissolvido. Demanda Bioquímica de Oxigênio. Modelagem Matemática. SELF-PURIFICATION CAPACITY OF THE SÃO MIGUEL RIVER Abstract This work was developed in the physiographic limits of the city of Pains, Minas Gerais, Brazil, specifically in the surroundings of São Miguel river basin (main local course water and main receiver of local effluents). It was objectified to evaluate self-purification capacity of São Miguel River through collecting water samples in downstream and upstream of effluent release point to characterize parameters related to the phenomenon of self-purification: biochemical oxygen demand (BOD) and dissolved oxygen (DO). Effluent samples were also collected to determine its organic load. It was used the mathematical model of Streeter-Phelps (1925) to model the self-purification of the river São Miguel and data modeling were compared with data obtained by field sampling. Results showed that the river can stabilize the organic matter that is launched inside it daily, which does not mean that there isn't a need to establish guidelines for the river conservation. The model used to evaluate the self-purification process in the studied river was inadequate, indicating the need to develop a model for the river based on parameters determined on the spot. Keywords: Dissolved Oxygen. Biochemical Oxygen Demand. Mathematical Modeling. INTRODUÇÃO 1 Engenheira Ambiental e Sanitarista. Formiga-MG. carlinhachagas@hotmail.com 2 Professora Titular I. Centro Universitário de Formiga UNIFOR-MG. Formiga-MG. katiadr@bol.com.br 3 Graduando em Engenharia Ambiental e Sanitária. UNIFOR-MG. Formiga-MG. felli_pe_coutinho@hotmail.com; ambientalcaroline@gmail.com XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 1

2 A escassez de água aliada à sua má distribuição geográfica em relação à quantidade, e principalmente em relação à sua qualidade, tem sido um dos principais focos de preocupação na atualidade. A este fato alia-se ainda o aumento constante da poluição hídrica, principalmente nos corpos de água doce e de fácil acesso, e as alterações climáticas que alteraram consideravelmente o regime de precipitação em várias áreas do país. A qualidade da água é resultante dos fenômenos naturais e das ações antrópicas sobre o meio. O fato é que, de diferentes formas, estas ações contribuem diariamente com a incorporação de substâncias tóxicas e poluentes junto aos corpos hídricos, comprometendo assim as águas superficiais e subterrâneas e a manutenção das vidas (animal ou vegetal) que ali se instalam, sendo esta uma triste realidade de grande parte dos municípios do país. Entre os principais poluentes, o que mais interfere no meio aquático é a matéria orgânica (MO), cuja incorporação nos cursos de água se dá através do despejo de efluentes domésticos e industriais. Dessa forma, os níveis de concentração de Oxigênio Dissolvido (OD) presentes em qualquer corpo d água devem ser parâmetros relevantes na análise da qualidade de suas águas e ao se estudar a sua capacidade de se autodepurar. Segundo Monteiro (1975), para cada corpo aquático receptor há um limite de lançamento de matéria orgânica biodegradável, sendo importante a avaliação de sua capacidade de autodepuração para determinar as quantidades orgânicas que podem ser lançadas, de modo que estas não prejudiquem a qualidade da água. O mesmo autor ressalva ainda que a capacidade de autodepuração é a base lógica para a determinação do grau de tratamento dos despejos, indicando se são satisfatórios e se estão em consonância com a legislação vigente. A autodepuração é um processo físico, químico e biológico aparentemente complexo, mas passível de ser avaliado através de modelagem matemática. A modelagem pode ser descrita como uma representação da realidade ou uma tradução simplificada e generalizada do que se afigura como sendo as características mais importantes de uma situação do mundo real (Sperling, 2007). Neste contexto, este trabalho objetivou analisar a capacidade de autodepuração do Rio São Miguel, localizado no município de Pains/MG, corpo receptor dos efluentes domésticos e industriais gerados no município e adjacências, através da aplicação do modelo clássico de Streeter- Phelps (1925). MATERIAL E MÉTODOS O estudo foi realizado na Bacia do Rio São Miguel, dentro dos limites fisiográficos do município de Pains/MG (Latitude: 20º S e Longitude: 45º O), em um trecho de 17,07 km de extensão. O São Miguel é o curso de água mais expressivo que corta o município. Sua bacia tem aproximadamente 520 km² de extensão e localiza-se no extremo meridional da Bacia do Rio São Francisco, em Minas Gerais. Segundo Menegasse et al (2000), a vazão média da Bacia do Rio São Miguel é de 7,6 m³/s. A amostragem se deu na extensão do Rio São Miguel, dentro dos limites do município de Pains/MG. Dessa forma, foram coletadas amostras a montante (M), a 180 m do primeiro ponto de lançamento de efluente, e a jusante, em 3 pontos distintos, o primeiro (J1) a 30 metros do último ponto de lançamento de efluente, o segundo (J2) a m do ponto anterior e o terceiro (J3) e último ponto a 9.500m do segundo ponto de coleta a jusante. XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 2

3 Com o intuito de conhecer a carga orgânica do esgoto bruto local, foi realizada também uma amostragem composta do efluente em 08 pontos (E1 a E8) de lançamento direto de despejo. Existem no município 11 pontos de descargas de efluentes que contemplam os efluentes de todo o município e adjacências. Destes pontos, 08 foram considerados de fácil acesso, já que os outros três encontravam-se obstruídos. Com o grande número de pontos amostrados e em locais de descargas consideráveis, acredita-se que os resultados não serão comprometidos pela não coleta desses três pontos de descarga. A Tabela 1 mostra a localização geográfica dos pontos de amostragem. Tabela 1. Localização geográfica dos pontos de amostragem A coleta e preservação das amostras foram realizadas por uma empresa terceirizada, com laboratório credenciado pela Rede Metrológica de Minas Gerais. Os procedimentos de coleta e preservação seguiram a metodologia proposta por Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater - SMEWW (2012) e Conselho Estadual de Política Ambiental - COPAM (2011). As amostras foram coletadas para a determinação de quatro parâmetros: a) Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO), através da incubação das amostras a 20ºC durante cinco dias; b) Oxigênio Dissolvido (OD), determinado in loco utilizando-se um oxímetro (eletrodo de membrana); c) Temperatura, determinada em campo através de um termopar de termômetros; e d) ph, aferido in loco através de um phmetro portátil. Todas as determinações seguiram as metodologias descritas em SMEWW (2012). Para a modelagem do comportamento autodepurativo do rio São Miguel foi utilizado o modelo de Streeter-Phelps (1925). Em função da proximidade entre os pontos de despejos de efluentes, o modelo foi aplicado considerando-se lançamento pontual único, simulando a qualidade da água em relação à OD e DBO. Para a aplicação do modelo matemático são necessários os seguintes parâmetros: vazão do rio a montante do lançamento do esgoto bruto (Qr), vazão do esgoto bruto em si (Qe), as taxas de OD no rio a montante do lançamento (ODr), o oxigênio dissolvido no esgoto (ODe), DBO 5 no rio a montante do lançamento (DBOr), DBO 5 do esgoto (DBOe), coeficiente de desoxigenação (K 1 ), coeficiente de decomposição (Kd), coeficiente de reaeração (K 2 ), velocidade do percurso do rio (v), XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 3

4 tempo de percurso (t), temperatura do líquido (T), concentração de saturação de OD (Cs), oxigênio dissolvido mínimo permissível (ODmín). Todas as variáveis acima citadas, com exceção da velocidade de percurso, foram estimadas com base em dados coletados em campo, dados fornecidos por órgão públicos de pesquisa e dados estimados, através de equações matemáticas sistemáticas, desenvolvidas e estudas há muitos anos por diversos pesquisadores, com maior destaque para Sperling (2005). Para determinar a velocidade do percurso do rio, contabilizou-se o tempo necessário para que um flutuador se deslocasse 2 m ao longo do rio, fazendo-se a média de três determinações. Por se tratar de um estudo de autodepuração, utilizou-se como vazão de referência a Q 7,10 (vazão mínima de 7 dias de duração e 10 anos de tempo de recorrência). Foi utilizada uma série histórica de dados de 42 anos (janeiro 1967 a dezembro de 2008), referente às vazões mínimas registradas na Bacia do Rio São Miguel, cujos dados foram obtidos junto à Agência Nacional das Águas ANA (2014), pelo sistema Hidroweb. Após o processamento de todos os dados, os resultados obtidos pela modelagem matemática foram comparados aos dados determinados pela amostragem em campo para avaliação das condições de autodepuração do Rio São Miguel e adequação do modelo adotado às condições locais. RESULTADOS E DISCUSSÃO A Tabela 2 apresenta os resultados da caracterização das amostras de água e efluentes coletadas. Os parâmetros de caracterização apresentados referem-se às determinações feitas in loco. Tabela 2. Temperatura, ph e Oxigênio Dissolvido presente nas amostras. Nota: M = água à montante; J = água à jusante; E = efluente. XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 4

5 Segundo a Resolução nº 430 do Conselho Nacional de Meio Ambiente - CONAMA (2011), efluentes de qualquer fonte poluidora somente poderão ser lançados diretamente no corpo d água desde que o ph esteja entre 5 e 9, temperatura inferior a 40ºC. Observa-se na Tabela 2 que os valores encontrados na amostragem do efluente atendem à norma citada. Em relação à amostragem de água (montante e jusante dos pontos de lançamento), a Resolução 357/2005 do CONAMA especifica que, em corpos d água doce classe II, as concentrações de OD em qualquer amostra não podem ser inferiores a 5 mg/l O 2. Concentrações abaixo da mínima permissível foram encontradas nos pontos J1 e J2. O ponto J1 fica a aproximadamente a 30 m do último ponto de lançamento, o que justifica o valor abaixo do aceitável, condição que se mantém até o ponto J2, a aproximadamente 3000 m do ponto J1. Na modelagem matemática da autodepuração do Rio São Miguel, determinou-se a vazão do rio (Q 7,10 ), obtendo-se o valor de 1,44 m³/s e a vazão média do esgoto bruto Q e, chegando-se ao valor de 9,65 l/s. A velocidade média do curso de água foi igual a 0,8 m/s, caracterizando um tempo de percurso para o trecho analisado de 0,24 dias. O oxigênio dissolvido no esgoto (OD e ) foi de 2,6 mg O 2 /l, a concentração de saturação (C s ) foi estimada em 8,89 mg/l de O 2 e a concentração de OD em condições normais no local (Cs ) foi de 8,24 mg/l de O 2. A DBO 5 a montante do lançamento (DBO r ) e no esgoto (DBO e ), tiveram valores de 2,1 mg /l e 472,5 mg/l, respectivamente. Todos os resultados que se julgaram necessários tiveram seu valor corrigido em função da temperatura média anual que foi de 20,7ºC. Os coeficientes de desoxigenação, decomposição e reaeração foram calculados adotando-se valores médios encontrados na literaturas e em função das características hidráulicas do rio, em relação à velocidade, profundidade e temperatura. A Tabela 3 apresenta as estimativas desses parâmetros. Tabela 3. Estimativa dos parâmetros para fins de cálculo. PARÂMETROS ESTIMATIVAS Coeficiente de desoxigenação (K 1 ) 0,36 d -1 Coeficiente de decomposição (K d ) 0,61 d -1 Coeficiente de Reaeração (K 2 ) 5,89 d -1 Ao se aplicar o modelo de Streeter-Phelps para avaliação da capacidade de autodepuração do Rio São Miguel, constatou-se que a concentração de oxigênio da mistura obteve o valor de 5,87 mg/l. Dessa forma, ao se lançar o efluente no rio estudado, de imediato, esse lançamento provoca um déficit de oxigênio de 2,37 mg/l nas águas do rio localizadas sob o ponto de lançamento. Chegou-se ainda a um valor de DBO última na mistura do efluente ao ser lançado no rio de 6,06 mg/l. Após executados os procedimentos metodológicos em função do modelo, chegou-se a um tempo crítico de 3,7 minutos e a uma concentração crítica de OD de 5,90 mg/l. O valor encontrado está acima do mínimo permissível pela legislação vigente, o que induz que a produção de OD no rio é superior ao consumo. Então, desde o lançamento, a concentração de OD se elevou, o que contradiz com os dados coletados em campo (Tabela 2). XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 5

6 A Tabela 4 apresenta os resultados obtidos ao se aplicar o modelo de Streeter-Phelps às características do Rio São Miguel e efluente lançado no mesmo. A Figura 1 ilustra os dados das Tabelas 2 e 4 para uma melhor visualização dos resultados e discussão. Tabela 4. Perfil de Oxigênio Dissolvido e Demanda Bioquímica de Oxigênio Dissolvido no Trecho Analisado. Figura 1 Parâmetros de autodepuração do Rio São Miguel Nota: Distâncias medidas a partir do primeiro ponto amostral (ponto de coleta de água no rio, a montante do ponto de lançamento de efluentes). XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 6

7 Observa-se que, pelo modelo de Streeter-Phelps, não houve redução nos valores de OD em nenhum ponto da distância analisada, mesmo após o lançamento do efluente, inclusive a concentração crítica encontra-se acima do valor mínimo permissível conforme CONAMA (2005). O Modelo de Streeter Phelps utilizado para modelar o processo de autodepuração no Rio São Miguel não representou satisfatoriamente a capacidade de autodepuração do curso d água estudado quanto ao parâmetro oxigênio dissolvido, pois, ao se confrontar os dados de OD gerados pelo modelo com aqueles determinados in loco no momento da amostragem, nota-se que o modelo não mostrou impacto no rio ao receber o despejo de esgoto. Isto porque não houve decréscimo de OD, em momento algum, no perfil gerado pelo modelo. Todavia, o perfil de OD gerado com os dados in loco mostra que, com o despejo de esgoto, a concentração de OD cai, restabelecendo-se os níveis iniciais depois de percorrido 6,8 km, aproximadamente, do ponto de lançamento de esgoto. Pelo modelo utilizado, o rio não se altera com o lançamento de efluentes, invalidando portanto sua utilização para o Rio São Miguel. Todavia, os dados de campo mostram que o Rio São Miguel apresenta boa capacidade de autodepuração, restabelecendo-se após um percurso relativamente pequeno, de 7 km aproximadamente. O limite mínimo permissível, segundo a Resolução 357/2005 do CONAMA, para concentração de OD é de 5 mg/l. Após o lançamento de esgoto no Rio São Miguel, esse valor mínimo é atingido aproximadamente 6 km após o ponto de lançamento, pelos dados obtidos in loco, visto que o modelo de Streeter-Phelps não foi capaz de representar o comportamento do rio. Em relação à Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO), o modelo já forneceu um perfil adequado aos padrões conceituais acerca do assunto, observando-se concentrações superiores à estabelecida e permitida de acordo com CONAMA (2005), que é de 5 mg/l em grande parte do trecho analisado. Após a incorporação do esgoto ao rio, as condições do rio se tornam satisfatórias apenas após o km 7,2 a jusante do ponto de lançamento. CONCLUSÕES Apesar da intervenção antrópica, o Rio São Miguel consegue estabilizar a matéria orgânica nele lançada diariamente de forma satisfatória, o que não quer dizer que não haja a necessidade de estabelecer diretrizes em prol de sua conservação por parte da administração e população local. O modelo adotado para avaliar o processo de autodepuração no rio estudado não foi adequado, uma vez que não houve decaimento nos teores de OD mesmo após a adição da fonte de poluição, o que poderia levar a considerações errôneas em relação a necessidade de tratamento dos esgotos locais. Para melhor avaliar a realidade local, o ideal é que se desenvolva um modelo para o rio, sendo este ajustado a parâmetros determinados in loco, inclusive os coeficientes de desoxigenação, decomposição e reaeração, sendo o modelo então isento de qualquer estimativa. XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 7

8 REFERÊNCIAS AGÊNCIA NACIONAL DAS ÁGUAS. HidroWeb: Sistema de Informações Hidrológicas. Séries Históricas Disponível em < q=false&tipoarq=1&seriehist=true>. Acesso em 06 de maio de CONSELHO ESTADUAL DE POLÍTICA AMBIENTAL. Deliberação Normativa COPAM nº 167, de 29 de junho de Revisa e consolida as exigências para laboratórios que emitem relatórios de ensaios ou certificados de calibração referentes a medições ambientais, revoga as Deliberações Normativas COPAM nº 89, de 15 de setembro de 2005, nº 120, de 8 de agosto de 2008, nº 140, de 28 de outubro de 2009, nº 158, de 6 de outubro 2010 e os art. 1º e 2º da Deliberação Normativa COPAM nº 165, de 11 de abril de CONSELHO NACIONAL DO MEIO AMBIENTE. Resolução 430 de 13 de maio de Dispõe sobre a classificação dos corpos de água e diretrizes ambientais para o seu enquadramento, bem como estabelece as condições e padrão de lançamentos de efluentes, e dá outras providências. Brasília DF, Resolução 357 de 17 de março de Dispõe sobre a classificação dos corpos de água e diretrizes ambientais para o seu enquadramento, bem como estabelece as condições e padrão de lançamentos de efluentes, e dá outras providências. Brasília DF, MENEGASSE, L.N.; GONÇALVES, J.M.; FANTINEL, L.M. Avaliação das Disponibilidades Hídricas da Província Cárstica de Arcos-Pains-Doresópolis. Alto São Francisco, Minas Gerais, Brasil. XI Congresso Brasileiro de Águas Subterrâneas, ABAS, São Paulo, Disponível em < Acesso em 26 de maio de MONTEIRO, E. C. Autodepuração dos corpos d água. CETESB, São Paulo SPERLING, M. von. Estudos e modelagem da qualidade da água de rios. Belo Horizonte: Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental, Universidade Federal de Minas Gerais p Princípios do tratamento biológico de águas residuárias. v. 1. Introdução à qualidade das águas ao tratamento de esgotos. Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental UFMG. 3. ed., p. STANDARD METHODS FOR THE EXAMINATION OF WATER AND WASTEWATER. Collection and Preservation of Samples. 22.ed. SMEWW, STREETER, H. W., PHELPS, E. B. A study of the natural purification of the Ohio River. Public Health Bulletin 146, U.S. Washington: Public Health Service, XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 8