Poluição Ambiental Matéria Orgânica e Carga Poluidora. Prof. Dr. Antonio Donizetti G. de Souza UNIFAL-MG Campus Poços de Caldas

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1 Poluição Ambiental Matéria Orgânica e Carga Poluidora Prof. Dr. Antonio Donizetti G. de Souza UNIFAL-MG Campus Poços de Caldas

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3 Matéria Orgânica Um dos principais problemas de poluição hídrica Efeitos: Consumo de Oxigênio (OD) em sua degradação. Redução de OD nos corpos hídricos. Uma das principais Fontes: Esgotos domésticos M.O. nos esgotos sanitários: Proteínas (40 60%). Carboidratos (25 50%). Gorduras e óleos (8 12%). Ureia, surfactantes, fenóis, pesticidas, metais e outros (menor quantidade).

4 Oxidação da Matéria Orgânica Reação Simplificada Mat. Orgânica + O 2 + Bactérias CO 2 + H 2 O + NH 3 + Produtos + Energia

5 Matéria Orgânica Métodos indiretos (medição do consumo de oxigênio): Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO). Demanda Última de Oxigênio (DBOu). Demanda Química de Oxigênio (DQO). Métodos diretos (medição do carbono orgânico): Carbono Orgânico Total (COT). Outros (carboidratos, proteínas, lipídios, etc.).

6 DBO Demanda Bioquímica de Oxigênio Observação: Quando amostra apresenta grande quantidade de M.O. (ambiente poluído), o OD pode ser consumido no teste rapidamente (antes de 5 dias). Solução: É necessário fazer diluições da amostra. Vantagens do teste de DBO (mg/l): 1. Indicação aproximada da fração biodegradável do despejo. 2. Indicação da taxa de degradação do despejo. 3. Indicação da taxa de consumo de OD em função do tempo. 4. Determinação aproximada da quantidade de OD requerido para estabilização biológica da M.O. existente.

7 DBO Demanda Bioquímica de Oxigênio Incubação 5 dias a 20 o C Dia = 0 Dia = 5 OD=7 mg L -1 OD=4 mg L -1 DBO=3 mg L -1

8 DBO Demanda Bioquímica de Oxigênio Estima a quantidade de oxigênio necessário para estabilizar, por meio de processos bioquímicos, a matéria orgânica carbonácea presente na amostra. O tempo de estabilização é de aproximadamente 20 dias (DBO 20,20 ). A Temperatura é um fator importante. Convencionou-se realizar o ensaio em 5 dias a Temperatura de 20ºC. (DBO 5,20 )

9 DBO Demanda Bioquímica de Oxigênio DBOu (mg L -1 ) Consumo acumulado de oxigênio (DBO exercida) DBO 5 (mg L -1 ) 5 Tempo (dias) 20 DBO u > DBO 5

10 DBO Demanda Bioquímica de Oxigênio Nitrificação: Consumo de OD por bactérias autotróficas para oxidar a amônia em nitritos e nitratos. - Demanda Nitrogenada da curva de DBO - A 20 C, no entanto, a velocidade de reprodução das nitro-bactérias é muito baixa. - Normalmente levam de 6 a 10 dias para atingir uma população significativa - Uso de inibidores de nitrificação ou pré-tratamento da amostra.

11 DBO Demanda Bioquímica de Oxigênio

12 DBO Demanda Bioquímica de Oxigênio O conceito de DBO representa tanto a Matéria Orgânica (M.O.) quanto o consumo de OD (mg/l). Temos: DBOremanescente: M.O. que permanece na água em determinado instante. DBOexercida: OD consumido para estabilizar a M.O. até este instante.

13 Progressão da DBO ao longo do tempo

14 Cinética do Processo de Desoxigenação

15 Em termos de consumo de OD, é importante a quantificação da DBOexercida:

16 Equações fundamentais do processo:

17 K 1 : Constante de Desoxigenação Parâmetro de grande importância na modelagem do OD Fatores: - Característica da Matéria Orgânica (M.O) - Temperatura - Substâncias inibidoras

18 K 1 : Constante de Desoxigenação 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, Rio com águas limpas 0,09 0,21 Água para abastecimento público < 0,12

19 K 1 : Constante de Desoxigenação A influência da Temperatura: O valor de K 1 aumenta com a temperatura, mas não altera o valor da DBOu (L 0 ), ela é apenas atingida mais rapidamente.

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21 Exercícios: 1. Uma amostra de fonte poluídora doméstica apresenta em Temperatura de 20 o C uma DBOu de 100 mg/l (L 0 ) e K 1 =0,25d -1. a) Calcule a DBO exercida a 1, 5 e 20 dias a 20 o C. b) Calcule a DBO exercida de 8 dias a 20 o C e 27 o C. Resultados: 1. a) DBO 1,20 =22,11 / DBO 5,20 =71,34 /DBO 20,20 =99,32 b) DBO 8,20 =86,46 / Novo K 1 =0,34 DBO 8,27 =93,41

22 Exercícios: 2. Suponha que a DBO5,20 é igual a 250 mg/l para 3 despejos diferentes, mas os valores de K 1 a 20 C são iguais a 0,12dd -1, 0,16d -1 e 0,20d -1. a) Determine a DBOu de cada amostra. Resultados: 2. a) 554 / 453 / 395

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24 DQO Demanda Química de Oxigênio (mg/l) Quantidade de oxigênio necessária para oxidação da matéria orgânica através de um agente químico (dicromato de potássio em meio ácido) DQO > DBO: Avalia a quantidade M.O. biodegradável e nãobiodegradável

25 Relação DQO/DBO em Fonte de Esgotos Domésticos DQO/DBO Classificação Interpretação < 2,5 Baixa Fração Biodegradável Elevada Indicação para Tratamento Biológico 2,5-3,5 Intermediária Fração Biodegradável não Elevada Estudos para Tratamento Biológico > 3,5/4,0 Elevada Fração Não-Biodegradável Elevada Indicação para Tratamento Físico-químico Esgoto Doméstico: DBO: aproximadamente 300 mg/l DQO: aproximadamente 600 mg/l

26 Cargas Poluidoras Quantificação de Cargas Poluidoras: Avalia impactos da Poluição nos corpos hídricos Avalia a eficiência de medidas de Controle Carga é expressa em termos de massa por unidade de tempo. Exemplos mais utilizados: 1. Carga = Concentração x Vazão 2. Carga = Contribuição per capita x População 3. Carga = Contribuição por unidade de produção x produção 4. Carga = Contribuição por unidade área x área

27 Carga de DBO em Lançamentos de Esgoto Doméstico Carga = Concentração x Vazão Carga Potencial Total (CPT) Carga Coletada (CC) Carga Não-Coletada (CNC) CPT = CC + CNC

28 Carga de DBO em Lançamentos de Esgoto Doméstico Carga = Concentração x Vazão 1.Qual a carga da Fonte Poluidora abaixo de DBO (kgdbo/dia)? Fonte de Esgoto Doméstico: Concentração de DBO Esgoto = 300mg/L Vazão do Esgoto= 340L/s

29 Carga de DBO em Lançamentos de Esgoto Doméstico Carga = Concentração x Vazão 2. Qual contribuição per capita da população em kgdbo/dia.habitante? DBO esgoto = 300mg/L Vazão = 180 L/dia.habitante

30 Carga de DBO em Lançamentos de Esgoto Doméstico DBO Demanda Bioquímica de Oxigênio (mg/l) Exemplo utilizando a Carga per capita: 0,054 kgdbo/dia Município habitantes 85% Atendimento Rede Esgoto 90% Eficiência ETE remoção de DBO (mg/l) a) Carga Potencial Total, Coletada e Não Coletada b) Carga Tratada ETE c) Carga Remanescente da ETE no corpo receptor após tratamento (Resultados em kgdbo/dia)

31 Caracterização: Despejos Industriais Efluentes Industriais: - Estimativa da carga poluidora através da DBO 5,20 - Dados de literatura e experiência de órgãos ambientais

32 TIPO DE EFLUENTE CONCENTRAÇÃO DBO 5,20 (mg/l) CONTRIBUIÇÃO UNITÁRIA DE DBO 5,20 (mg/l) FAIXA VALOR TÍPICO FAIXA VALOR TÍPICO Esgoto Sanitário ,054kg/hab.dia Laticínio kg/m3 Abatedouro bovino Curtume (ao cromo) ,6 kg/ton.viva kg/ton.processada 88 kg/ton pele salgada Cervejaria kg/m3 Papel 10 kg/ ton.processada Destilaria Álcool kg/ ton.cana

33 Equivalentes Populacionais EP: Unidade que indica a equivalência entre o potencial poluidor de um despejo industrial e uma determinada população. Exemplos: 1. Qual EP de uma industria que apresenta um lançamento de: Vazão: 120m 3 /dia DBO: 2000mg/L 2.Uma industria apresenta uma carga de 432 kgdbo/dia. Qual é o seu EP?

34 EP - Restrições Importantes Admite-se que a DBO do despejo industrial seja do mesmo tipo do despejo doméstico, premissa que pode ser falsa pois não considera-se sua toxicidade. Não deve-se supor que a DBO do despejo industrial tenha a mesma tratabilidade que o esgoto doméstico. Exemplos de Despejos Industriais onde o EP não é representativo (outros efeitos: não só o consumo de O 2 ): Despejos Ácidos Despejos Alcalinos Despejos de Curtumes Despejos contendo Metais Despejos contento Cianetos