Poluição Orgânica. Oxigênio Dissolvido e DBO. Modelagem e Controle da Qualidade da Água Superficial Regina Kishi, 11/11/2014, Página 1
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- Isabel Silva Belmonte
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1 Poluição Orgânica Oxigênio Dissolvido e DBO Modelagem e Controle da Qualidade da Água Superficial Regina Kishi, 11/11/2014, Página 1
2 Matéria Orgânica: Fontes, Impactos, Parâmetros Fontes: Impactos: Redução de OD e possível mortandade de peixes Relacionado com esgoto doméstico, logo potencial presença de patogênicos Parâmetros indicadores: DBO OD DQO Modelagem e Controle da Qualidade da Água Superficial Regina Kishi, 11/11/2014, Página 2
3 Cargas de MO Carga per capita: 54g/d Gênero Tipo Unidade de produção Carga específica (g/unid) Alimentícia Doces Matadouro Laticínio com queijaria Produção de levedura Bebidas Destilação de álcool Vinho 1 ton 1 boi/2,5 porcos 1000 l de leite 1 ton 1 ton 1 m ,25 Têxtil Algodão 1 ton 150 Lã 1 ton 300 Couro e Curtume Curtume Sapatos 1 ton pele 1000 pares Modelagem e Controle da Qualidade da Água Superficial Regina Kishi, 11/11/2014, Página 3
4 DBO x DQO A Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO) mede a quantidade de Oxigênio Dissolvido (OD), em mg/l de O 2, consumida pelos organismos heterotróficos ao degradarem a matéria orgânica presente, numa temperatura de incubação específica (20ºC). MO biodegradável A Demanda Química de Oxigênio (DQO) mede a quantidade de Oxigênio Dissolvido consumida quimicamente (sem intervenção de microrganismos) para oxidar a matéria orgânica presente. MO biodegradável + MO não biodegradável Modelagem e Controle da Qualidade da Água Superficial Regina Kishi, 11/11/2014, Página 4
5 DBO Demanda carbonácea Consumo de oxigênio devido degradação da MO carbonácea por bactérias heterotróficas Demanda nitrogenada Consumo de oxigênio devido nitrificação. Microorganismos autótrofos quimiossintetizantes: CO 2 fonte de carbono Oxidação de substrato inorgânico energia bactérias nitrificantes têm taxa de crescimento mais lento que bactérias heterotróficas. Redução da DBO de esgoto fresco, segundo Theriault (Imhoff & Imhoff, 1986) Modelagem e Controle da Qualidade da Água Superficial Regina Kishi, 11/11/2014, Página 5
6 Biologicamente Descarga Equilíbrio Desorganização Reorganização Diversidade Nº. de sp Nº. de indivíduos/sp (em det sp) Sobrevivem as espécies bem adaptadas às novas condições, proliferando. As demais não resistem, podendo vir a sucumbir. Modelagem e Controle da Qualidade da Água Superficial Regina Kishi, 11/11/2014, Página 6
7 Processos Modelagem e Controle da Qualidade da Água Superficial Regina Kishi, 11/11/2014, Página 7
8 Mudanças no ecossistema após descarga orgânica Modelagem e Controle da Qualidade da Água Superficial Regina Kishi, 11/11/2014, Página 8
9 Zonas de autodepuração Zonas 1 Águas limpas 2 Degradação 3 Decomposição ativa 4 Recuperação 5 Águas limpas Modelagem e Controle da Qualidade da Água Superficial Regina Kishi, 11/11/2014, Página 9
10 Autodepuração Restabelecimento do equilíbrio por mecanismos naturais após alterações induzidas por dejetos. Compostos orgânicos são convertidos em compostos inertes e não prejudiciais do ponto de vista ecológico. Processo de decomposição da MO por bactérias decompositoras, as quais utilizam OD para sua respiração. Modelagem e Controle da Qualidade da Água Superficial Regina Kishi, 11/11/2014, Página 10
11 Importância do conhecimento: Autodepuração Impedir lançamento de despejos acima da capacidade de assimilação do corpo de água. Explorar essa capacidade no sentido de complementação do tratamento de efluentes. (exigidos critérios técnicos seguros e bem definidos) Modelagem e Controle da Qualidade da Água Superficial Regina Kishi, 11/11/2014, Página 11
12 Processos Modelo Modelagem e Controle da Qualidade da Água Superficial Regina Kishi, 11/11/2014, Página 12
13 Modelo Streeter-Phelps Modelagem e Controle da Qualidade da Água Superficial Regina Kishi, 11/11/2014, Página 13
14 Mistura completa no ponto de lançamento Real Q r C r Q e C e Considera no ponto de lançamento: C = Q e C e + Q r C r Q e +Q r Q r C r C Simplificação Q e C e Modelagem e Controle da Qualidade da Água Superficial Regina Kishi, 11/11/2014, Página 14
15 Considerações - DBO Sistema unidimensional L : DBO dl 0 U 1L sl dx Sedimentação da MO em suspensão Decaimento da MO - reação de 1ª. ordem Predomínio do transporte advectivo Condição permanente (dc/dt=0) Modelagem e Controle da Qualidade da Água Superficial Regina Kishi, 11/11/2014, Página 15
16 L : DBO r = 1 + s dl 0 U rl dx L DBO U velocidade média do curso de água r coeficiente de remoção 1 coeficiente da taxa de decomposição da MO s coeficiente da taxa de sedimentação (v s /h) v s velocidade de sedimentação h profundidade do curso de água Solução analítica L L 0.e ( 1 s ).t t = tempo de percurso t = x/u Modelagem e Controle da Qualidade da Água Superficial Regina Kishi, 11/11/2014, Página 16
17 Oxigênio dissolvido Respiração algal Fotossíntese Reaeração Streeter-Phelps Nitrificação OD Streeter-Phelps Decomposição da MO Denitrificação Demanda pelo sedimento Redução de sulfato Modelagem e Controle da Qualidade da Água Superficial Regina Kishi, 11/11/2014, Página 17
18 D : Déficit de OD OD = OD sat - D dd 0 U 1L 2D dx D Déficit de oxigênio 2 coeficiente de Reaeração Solução analítica: OD t OD sat 2 1 (.L 1 o s.(e ) ( ).t.t 1 s 2 e ) (OD - OD ).e sat 0 2.t Modelagem e Controle da Qualidade da Água Superficial Regina Kishi, 11/11/2014, Página 18
19 Tempo crítico de ocorrência: Déficit crítico: ln 1 L D t r r r c r r r r c L D L D
20 Coeficiente da taxa de decomposição da MO Valores de 1 (dia -1 ) na base e, a 20 C Origem K 1 (dia -1 ) Água residuária concentrada 0,35 0,45 Água residuária de baixa concentração 0,30 0,40 Efluente primário 0,30 0,40 Efluente secundário 0,12 0,24 Rios com águas limpas 0,09 0,21 Água para abastecimento público <0,12 FONTE: VON SPERLING (1996) Modelagem e Controle da Qualidade da Água Superficial Regina Kishi, 11/11/2014, Página 20
21 Constante 1 depende: tipo de matéria orgânica temperatura hidrogeometria T 201, 047 correção para outra temperatura: ( T 20( ) T 20 T 20) Modelagem e Controle da Qualidade da Água Superficial Regina Kishi, 11/11/2014, Página 21
22 Constante 1 (cont.) valores típicos de 1 (20 C): esgoto não tratado: 0,35 d -1 tratamento primário: 0,20 d -1 tratamento secundário: 0,075 d -1 Modelagem e Controle da Qualidade da Água Superficial Regina Kishi, 11/11/2014, Página 22
23 Coeficiente de sedimentação ( s ) s v s h Átomos e moléculas Colóides Partículas suspensas Algas Difração com raio X Microscópio eletrônico Ultramicros Bactérias Microscópio óptico Bitola do papel de filtro médio (μm) 0,001 0,01 0, FONTE: ADAPTADO DE DI BERNARDO (1993) apud NUVOLARI (2003) Modelagem e Controle da Qualidade da Água Superficial Regina Kishi, 11/11/2014, Página 23
24 Valores de v s (m/dia) p/ diversos tamanhos de partículas, a 20 C Tamanho das Partículas (μm) Areia Fina Densidades das Partículas (g/cm 3 ) 1,8 2,0 2,5 2, Silte ,8 4,7 7, ,94 1,2 1,8 2,0 2 0,15 0,19 0,28 0,32 Argila 2 0,15 0,19 0,28 0,32 1 0,04 0,05 0,07 0,08 FONTE: KISER (1979) apud CHEN (2001) Modelagem e Controle da Qualidade da Água Superficial Regina Kishi, 11/11/2014, Página 24
25 Coeficiente de reaeração ( 2 ) a 20 C (dia -1 ) Autores Equações Faixa de aplicação O Connor e Dobbins (1958) 3,95. U 0,5 /H 1,5 0,6m < H < 4,0m 0,05m/s < U < 0,8m/s Churchill et al. (1962) 5,03. U 0,969 /H 1,673 0,6m < H < 4,0m 0,8m/s < U < 1,5m/s Owens et al. (1964) 5,34. U 0,67 /H 1,85 0,1m < H < 0,6m 0,05m/s < U < 1,5m/s FONTE: ADAPTADO DE BROWN & BARNWELL (1987) Modelagem e Controle da Qualidade da Água Superficial Regina Kishi, 11/11/2014, Página 25
26 OD concentração de saturação OD saturação = f(temperatura, pressão, salinidade) Para águas com salinidade=0: OD sat = (14,62 0,3898 x T + 0, x T 2 0, x T 3 ) x (1 0, x L) 5,167 Onde: T: Temperatura ( C) L: altitude em relação ao nível do mar (m) Modelagem e Controle da Qualidade da Água Superficial Regina Kishi, 11/11/2014, Página 26
27 Modelagem e Controle da Qualidade da Água Superficial Regina Kishi, 11/11/2014, Página 27
28 Exercício 1 Modelo Streeter-Phelps Um rio tem uma concentração de OD de 7,3 mg/l, antes do ponto de lançamento de uma carga poluidora (orgânica) de DBO=500mg/l, T=28 C e vazão de 200 L/s. A temperatura do rio antes do lançamento do efluente é de 20 C, a vazão de 5m³/s e DBO igual a 2 mg/l. Obs.: velocidade média do rio=0,22 m/s Profundidade média=1,5m K r =0,5d -1 e K 1 =0,3d -1 Considere que a temperatura após a mistura se mantém constante no trecho simulado. Traçar as curvas de redução de DBO e de OD. Calcular o déficit crítico e o tempo crítico de OD. O rio, estando enquadrado na classe 2, tem seu nível de OD satisfeito? Modelagem e Controle da Qualidade da Água Superficial Regina Kishi, 11/11/2014, Página 28
29 Exercício 2 - DBO Indique no gráfico: L =DBO remanescente L 0 =DBO última OD consumido pelas bactérias Modelagem e Controle da Qualidade da Água Superficial Regina Kishi, 11/11/2014, Página 29
30 Exercício 3 - Reaeração num curso d água Indique no gráfico: Curva de OD com reaeração Curva de OD sem reaeração Saturação Déficit OD consumido pelas bactérias Ganho de OD pela reaeração Modelagem e Controle da Qualidade da Água Superficial Regina Kishi, 11/11/2014, Página 30
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