6 Corpo Receptor Poluição e Escassez das Águas. Qualidade Quantidade. Principais problemas:

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1 Qualidade Quantidade 6 Corpo Receptor Poluição e Escassez das Águas Principais problemas: Poluição por Matéria Orgânica Eutrofização Assoreamento Patogênicos Poluentes emergentes 1

2 Distribuição temporal da vazão 3

3 Qualidade da Água Conceito de qualidade da água Propriedades de solvente H 2 O Capacidade de transportar partículas Incorpora diversas substâncias Quantidade destas substâncias definem a qualidade 4

4 O que é tóxico? Depende do uso da água Água com presença de patogênicos não é potável e não serve para uso recreacional ou irrigação de hortaliças ou frutas, porém pode ser usada para piscicultura, ecologia aquática em geral Presença de certas substâncias pode agredir canalizações ou equipamentos, embora potável. Depende da concentração Podem ser úteis, inócuos ou nocivos, dependendo da concentração que são encontradas na água. Exemplo: cloreto de sódio, sulfato de cobre, flúor. Bioacumulação Mesmo sendo ingeridas em concentrações não-nocivas, pela sua capacidade de acumular no organismo, pode atingir quantidades tóxicas e, às vezes, letais. Exemplo: Mercúrio Efeitos sinergéticos ou antagônicos Uma substância pode ter sua ação nociva aumentada ou reduzida, pela associação com outras substâncias ou fatores físicos. Exemplo: amônia em água com alto ph. 5

5 Água para consumo: Padrões de qualidade específicos ao uso Efluente Bruto: O que contém? Efluente Bruto MO P N S Patogênicos ETE: O que tratar? Como tratar? Eficiência $$ Efluente tratado: Limites de lançamento Efluente Seguro S N P MO Corpo Receptor: Padrões de qualidade Bom estado MO S P N 8

6 Composição do esgoto doméstico Depende do que usamos: na higiene em geral, na alimentação, etc URINA HUMANA FEZES HUMANA Lavagem de roupa/louça Outros Cloreto de sódio Fosfatos Sulfatos Carbonatos Gorduras Substâncias córneas, ligamentos da carne e fibras vegetais não digeridas Sabões Detergentes Cloreto de sódio Fosfatos Areia, plásticos, sementes, fetos, madeira, etc Uréia, amoníaco, ácido úrico Porções de amido e de protéicos Vermes, bactérias, vírus, levedura, etc Gorduras 9

7 10 Efluentes características quantitativas Fontes de despejos Esgoto doméstico Abatedouro bovino Abatedouro avícola Fabricação de cerveja Fabricação de refrigerante Fabricação de álcool Fabricação de lacticínios/queijo Fabricação de lacticínios/leite Fabricação de couros Fabricação de papel Vazão específica 120 a 160 L/hab/dia a L/boi 17 a 20 L/ave 8L/L cerveja 2 a 4 L/ L refrigerante 15 L restilo/l álcool 20 L/g queijo 1 L/L leite 800 a L/couro 50 a 100 L/g papel Fonte: Philippi, Jr. et al. (2004)

8 11 Efluentes características qualitativas Fontes de despejos Abatedouro bovino Abatedouro avícola Fabricação de cerveja Fabricação de álcool Fabricação de lacticínios/queijo Fabricação de lacticínios/leite Fabricação de couros Fabricação de papel Equivalente populacional de carga orgânica 55 hab/boi 200 hab/1.000 aves 175 hab/m 3 cerveja 7 hab/ L álcool sem restilo 2 hab/g queijo 20 hab/1.000 L leite 40 hab/pele bovina 460 hab/t papel

9 EFEITO Ecossistema Saúde pública Usos múltiplos Variável Efeito Fonte DBO Demanda bioquímica de oxigênio Cádmio Nitrato Giardia lmblia Diminuição de OD na água, vital para os organismos aquáticos aeróbios Danos nos rins (cumulativo) Hemoglobinemia em bebês abaixo de 6 meses Giardíase, doenças intestinais Efluentes domésticos, efluentes de indústrias alimentícias Corrosão de canalizações galvanizadas, erosão de depósitos naturais, efluentes de refinarias de metais, escoamento superficial dos lixões (Cd proveniente das baterias) Fertilizantes, tanques sépticos, efluentes. Efluente doméstico e resíduos fecais de animais 12

10 6.2 - Controle da qualidade da água Estações de tratamento de esgoto Limites de lançamento Padrões de qualidade da água enquadramento dos corpos de água Gestão dos recursos hídricos: considerando aspectos regionais físicos, bióticos, sociais, dentre outros articulação do planejamento de recursos hídricos com o dos setores usuários e com os planejamentos regional, estadual e nacional articulação da gestão de recursos hídricos com a do uso do solo Outorgas de direito de uso e Cobrança 13

11 Padrões & Limites Legislações: Padrões de qualidade para corpos de água Limite de lançamento de efluentes Padrões de potabilidade Padrões de balneabilidade Exigências Equipamento Processo Resolução CONAMA 357/05 Resolução CONAMA 430/11 Ministério da Saúde: portaria nº 2.914, de 12/12/2011 Resolução CONAMA 274/

12 Outras considerações Filme x foto Indicadores biológicos Descarga Diversidade Nº. de sp Nº. de indivíduos/sp Integridade do corpo hídrico Desvio com relação ao natural Bom estado ecológico União Européia Equilíbrio Desorganização Reorganização (em det sp) Sobrevivem as espécies bem adaptadas às novas condições, proliferando. As demais não resistem, podendo vir a sucumbir. 15

13 6.3 - Poluição por Matéria orgânica Mistura heterogênea de diversos compostos orgânicos. Principais componentes: proteínas, carboidratos e lipídeos. Impactos: Redução de OD e possível mortandade de peixes Relacionado com esgoto doméstico, logo potencial presença de patogênicos C 6 H 12 O 6 + 6O 2 Parâmetros indicadores: DBO OD DQO COT Bactérias 6CO 2 + 6H 2 O 16

14 Fontes: Matéria Orgânica: Fontes, Impactos, Parâmetros Gênero Tipo Unidade de produção Alimentícia Doces Bebidas Couro e Curtume Matadouro Laticínio com queijaria Produção de levedura Destilação de álcool Vinho Curtume Sapatos 1 ton 1 boi/2,5 porcos 1000 l de leite 1 ton 1 ton 1 m 3 1 ton pele 1000 pares Carga específica (g/unid) ,

15 DQO e COT DQO Teste indireto do consumo de OD uso de um oxidante químico forte. Abrange matéria orgânica biodedradável ou não. Duração do teste: de 2 a 3 h COT Estima a quantidade de carbono orgânico, sem distinguir se a matéria é biodegradável ou não. Tempo de duração do teste: cerca de 2 minutos Um dos métodos consiste em queimar a matéria orgânica a 900ºC, com oxigênio puro, e detectar o CO 2 gerado por espectrofotometria de infravermelho COT 18

16 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 19

17 Mudanças no ecossistema após descarga orgânica 20

18 Zonas de autodepuração Zonas 1 Águas limpas 2 Degradação 3 Decomposição ativa 4 Recuperação 5 Águas limpas

19 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. 22

20 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) 23

21 Modelos Ferramenta de gestão ETA ETE Concentração crítica Cidade Concentração admissível (C a ) Bacia Hidrográfica Modelo C<C a Sim Rio Controle Não 24

22 Modelos matemáticos de simulação Modelo = Representação do sistema (parte da realidade) Simulação = Imitação do sistema modelado Descrevem os processos físicos, químicos e biológicos que ocorrem no ecossistema aquático através de formulações matemáticas. 25

23 Discretização espacial Zero-dimensional Unidimensional Longitudinal Vertical Bidimensional Longitudinal e Transversal Longitudinal e Vertical Tridimensional 26

24 Exemplo: concentração 27

25 Fonte: Jira et al., 1996; Gudrun Hillebrand,

26 Modelo Streeter-Phelps 29

27 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 30

28 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 (dl/dt=0) 31

29 L : DBO dl 0 U rl dx r = 1 + s Solução analítica L 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 L 0.e ( 1 s ).t t = tempo de percurso t = x/u 32

30 Oxigênio dissolvido Nitrificação QUAL2E QUAL2E Respiração algal Fotossíntese OD QUAL2E Reaeração Streeter-Phelps QUAL2E Streeter-Phelps QUAL2E Decomposição da MO Denitrificação Demanda pelo sedimento QUAL2E Redução de sulfato 33

31 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 34

32 Tempo crítico de ocorrência: Déficit crítico: ln 1 L D t r r r c r r r r c L D L D

33 36 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)

34 Constante 1 depende: tipo de matéria orgânica temperatura hidrogeometria T 201, 047 correção para outra temperatura: ( T 20( ) T 20 T20) 37

35 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 38

36 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) T 201, 024 correção para outra temperatura: ( T 20) 39

37 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) 40

38 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? 41

39 Exercício 2 - DBO Indique no gráfico: L =DBO remanescente L 0 =DBO última OD consumido pelas bactérias 42

40 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 43