COORDENADORIA DE QUALIDADE DE ÁGUA

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1 COORDENADORIA DE QUALIDADE DE ÁGUA EQUIPE TÉCNICA: Professor Júlio César Wasserman Coordenador Dr. Renato Gomes Sobral Barcellos Ana Paula Pinto Fernandez, Msc. Conceição Maria Filgueiras Joana Geórgia Emanuel Scarton Juliana Giacomini Myriam Bandeira Vianna Cortês Viviane Marques de Aguiar 199

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3 1 INTRODUÇÃO A instalação do Complexo Petroquímico do Estado do Rio de Janeiro no município de Itaboraí tem suscitado diversos questionamentos relacionados à questão ambiental, dentre os quais o mais significativo é a disponibilidade de recursos hídricos. O fornecimento de água necessária para o atendimento da demanda do COMPERJ ainda não foi solucionado e, além disso, espera-se um crescimento industrial e a intensificação do fluxo populacional significativo na região, também consumidora de água, além da demanda do recurso para diluição de efluentes. Algumas estimativas preliminares (PAULOS, BORIM et al., 2007) já projetam crescimento para o município de Cachoeiras de Macacu da mesma ordem de grandeza como foi observado no município de Macaé após o início da exploração de petróleo na Bacia de Campos. O presente estudo buscou avaliar a qualidade da água nas bacias dos rios Macacu e Caceribu, através de duas abordagens. Na primeira, foi realizado um acompanhamento sazonal da qualidade da água em diversos pontos de ambos os rios. A evolução nas concentrações em função da variação do regime de chuvas permitiu um entendimento mais aprofundado dos parâmetros que controlam a qualidade da água na região. Na segunda, a partir dos dados levantados, foram efetuadas simulações para subsidiar a gestão da qualidade da água dos rios que compõem o sistema Guapi-Macacu e Caceribu, a partir da plataforma QUAL-UFMG, criada por SPERLING (2007) e baseada no modelo QUAL2-K da United States Envionmental Protection Agency (EPA). 2 CONCEITUAÇÃO DOS PARÂMETROS DE QUALIDADE DE ÁGUA Os parâmetros de qualidade da água traduzem as principais características físicas, químicas e biológicas que a água deve apresentar para que seja utilizada para abastecimento de diversos fins e aplicações. Estas características devem estar de acordo com a legislação existente que regulamentam o padrão de qualidade da água, a saber: 201

4 1. Padrão de Potabilidade: Portaria nº 518, de 25 de março de 2004, do Ministério da Saúde. 2. Padrão de corpos d água e de lançamento de efluentes: Resolução CONAMA 357, de 17 de março de 2005, do Ministério do Meio Ambiente. Os parâmetros que são utilizados para a análise da qualidade da água funcionam como indicadores associados: (1) às características ambientais que estão em contato direto com o corpo hídrico avaliado, (2) à intervenção antrópica direta ou indireta e (3) à variabilidade das características hidráulicas do corpo hídrico. Os principais parâmetros são: turbidez, temperatura, salinidade, ph, Eh, alcalinidade, dureza, cloretos, fósforo, nitrogênio, oxigênio dissolvido, demanda bioquímica de oxigênio, matéria orgânica, coliformes, dentre outros. A turbidez representa o grau de interferência com a passagem da luz através da água, conferindo uma aparência turva à mesma, decorrente da quantidade de sólidos em suspensão. Os sólidos podem ter origem natural (partículas de rocha, argila, silte, algas e outros microorganismos) ou antropogênica (despejos domésticos, industriais, erosão e outros). A presença de partículas de origem antrópica resulta em uma desagradável aparência da água. Os sólidos podem servir de abrigo para microorganismos patogênicos em associação a compostos tóxicos. O valor da turbidez, dado em NTUs (unidades de turbidez nefelométrica), é proporcional à concentração de material particulado em suspensão (% < 0,45µm), que é diferenciada em função do nefelômetro utilizado para a medição e pelas características do ambiente. No presente estudo foi estabelecida uma curva de correlação entre ambos os parâmetros. A temperatura tem sua origem natural relacionada à transferência de calor por radiação, condução e convecção. As elevações da temperatura aumentam a taxa de reações físicas, químicas e biológicas (na faixa usual de temperatura); diminuem a solubilidade dos gases (ex. oxigênio dissolvido) e aumentam a taxa de liberação de gases como o gás sulfídrico, resultando em mau cheiro. O homem pode alterar a temperatura através do despejo de efluentes térmicos. Normalmente, os esgotos apresentam temperaturas um pouco mais elevadas do que as águas naturais. 202

5 A salinidade da água é definida pela quantidade de sais dissolvidos, determinados pela sua condutividade elétrica. Até os anos 80, a salinidade era medida através de métodos químicos, que determinavam a concentração de cloro (clorinidade), extrapolando a partir de uma relação com a salinidade. O método utilizado para determinar a salinidade era o de Mohr-Knudsen, utilizando o cloreto de prata e que dava a salinidade em termos de partes por mil. Contudo o avanço da utilização de métodos potencimétrico levou ao completo abandono do método, caindo também a unidade, que atualmente é um parâmetro adimensional. A presença de sais na água doce é função de dois aspectos, a poluição e a geologia das rochas pelas quais percola a água. O ph, potencial hidrogeniônico, representa a concentração de íons de hidrogênio H+ (em escala antilogarítmica), dando uma indicação sobre a condição de acidez, neutralidade ou alcalinidade da água. Sua faixa varia de 0 a 14. O ph baixo apresenta uma possibilidade de corrosividade nas tubulações e nas peças das águas de abastecimento e o ph elevado a possibilidade de incrustações. Os valores de ph afastados da neutralidade podem afetar a vida aquática, influenciando diretamente a sobrevivência de peixes e microorganismos. O oxigênio dissolvido (OD) é de essencial importância para os organismos aeróbicos. Durante a estabilização da matéria orgânica, as bactérias fazem uso do oxigênio nos seus processos respiratórios, podendo vir a causar uma redução da sua concentração no meio. Dependendo da magnitude deste fenômeno, podem vir a morrer diversos seres aquáticos, inclusive os peixes. Caso o oxigênio seja totalmente consumido, têm-se as condições anaeróbias, com possível geração de maus odores. O fósforo e o nitrogênio neste contexto acentuam a problemática do processo de eutrofização. A demanda bioquímica de oxigênio (DBO 5 ) é conceituada como a concentração de substâncias capazes de consumir o oxigênio dissolvido da água. As substâncias que consomem o oxigênio são principalmente os compostos orgânicos dentríticos, sobretudo aqueles formados em ambientes altamente redutores. A DBO 5 tem forte contribuição dos aportes antrópicos, sobretudo de esgotos domésticos, sendo por isto um significativo indicador da qualidade da água. Da mesma forma que a DBO 5, a colimetria também indica a presença de resíduos de esgoto doméstico. A colimetria indica a concentração mais provável de 203

6 bactérias do grupo coliforme que estão abundantemente presentes no trato intestinal de organismos superiores, particularmente o homem. É interessante notar que as bactérias do grupo coliforme não são particularmente patogênicas, mas indicam a probabilidade de ocorrência de bactérias patogênicas. A avaliação da presença de bactérias patogênicas é determinada por outras metodologias muito mais sofisticadas e de difícil realização. O fósforo na água apresenta-se principalmente nas formas de ortofosfato, polifosfato e fósforo orgânico. Os ortofosfatos estão diretamente disponíveis para o metabolismo biológico sem a necessidade de conversões para formas mais simples. As formas em que os ortofosfatos se apresentam na água (PO 3-4, HPO 2-4, H 2 PO 2-4, H 3 PO 4 ) dependem do ph, sendo a mais comum na faixa usual de ph, o H 2 PO 2-4. A origem natural está relacionada à dissolução de compostos do solo, a decomposição da matéria orgânica e ao fósforo de decomposição celular de microorganismos. A origem antropogênica está relacionada aos despejos de esgoto doméstico, industriais, detergentes, excrementos de animais e fertilizantes. O fósforo é elemento indispensável para o crescimento de algas e, quando em elevadas concentrações em lagos e represas, pode conduzir a um crescimento exagerado desses organismos (eutrofização). O fósforo é um nutriente essencial para o crescimento dos microorganismos responsáveis pela estabilização da matéria orgânica. O nitrogênio no seu ciclo na biosfera se alterna em várias formas e estados de oxidação. No meio aquático, o nitrogênio pode ser encontrado nas seguintes formas: (1) nitrogênio molecular (N 2 ), escapando para atmosfera, (2) nitrogênio orgânico (dissolvido e em suspensão), (3) amônia (livre NH 3 e ionizada NH + 4 ), (4) nitrito (NO 2- ) e (5) nitrato (NO 3- ). É constituinte de várias proteínas e outros compostos orgânicos e participa da composição celular de microorganismos. Sua origem antropogênica está relacionada a despejos de esgotos domésticos, industriais, excrementos de animais e fertilizantes. Nos processos bioquímicos de conversão da amônia a nitrito e deste, a nitrato, implica no consumo de oxigênio dissolvido do meio (o que pode afetar a vida aquática). O nitrogênio na forma de amônia livre é diretamente tóxico para os peixes. Nos corpos hídricos, a forma predominante de nitrogênio pode fornecer informações sobre o estágio da poluição (poluição recente está associada ao nitrogênio na forma 204

7 orgânica ou de amônia, enquanto uma poluição mais remota está associada ao nitrogênio na forma de nitrato). Na forma de nitrato, o nitrogênio está associado a doenças como a metahemoglobinemia (síndrome do bebê azul) onde sua elevada concentração possibilita a formação de nitrito em mamadeiras não esterilizadas ou no próprio estômago do bebê. A conseqüência é a combinação do nitrito com a hemoglobina do sangue promovendo sua oxidação, impedindo a absorção e o transporte adequado do oxigênio para as células. O bebê torna-se azul e sofre de insuficiência respiratória. Nos adultos o nitrato é absorvido principalmente no trato digestivo. Estudos sugerem que o nitrato em adultos pode estar relacionado ao câncer de estômago. O nitrogênio é indispensável para o crescimento de algas e, quando em elevadas concentrações em lagos e represas, pode conduzir a um crescimento exagerado desses organismos, processo este, denominado eutrofização. A publicação de NASCIMENTO (1999), parcialmente transcrita abaixo, apresenta informações fundamentais sobre o entendimento do processo de eutrofização e a ocorrência de cianobactérias: O uso de rios, lagos e açudes como receptores do esgoto produzido pelas diferentes atividades antropogênicas, tanto industriais como domésticas ou agropecuárias resultam na eutrofização das águas e, conseqüente crescimento de cianobactérias. Este processo ocorrendo exageradamente resulta do denominado florações, tornando a água muito verde. Durante uma floração, as cianobactérias podem acumular-se na superfície da água durante um período do dia, normalmente quando os ventos são mais fracos, ou em uma das margens do corpo hídrico que ficam na direção do vento predominante. A alta concentração de cianobactérias provoca cheiro forte e sabor desagradável na água. No entanto, pelo fato destes organismos produzirem toxinas que têm efeitos sobre os animais domésticos e ao homem, se tornam extremamente perigosas por causar danos ao fígado (hepatotoxinas) como as microsistinas, as nodularinas e as cilindrospermopsinas; ou ao sistema nervoso (neurotoxinas) como a anatoxina e as toxinas do grupo das PSPs. As microsistinas ficaram conhecidas após o acontecimento de Caruaru, quando 120 pacientes renais foram intoxicados com essas toxinas através da água usada em hemodiálise, sendo que 50 desses pacientes morreram em decorrência dessa intoxicação. Em relação aos métodos convencionais de tratamento da água (floculação, decantação, filtração e cloração), utilizados nas estações de tratamento de água (ETAs), estes não são capazes de reter estas toxinas. Esta retenção só se efetiva através do uso de filtros de carvão ativado. O processo de fervura da água ou uso de desinfetantes domésticos também não removem as toxinas. Associado a este problema da toxicidade, há um fator de tempo onde a cianobactéria pode ser tóxica em um cenário e não tóxica em outro, sendo difícil a previsão da toxidez de uma floração, necessitando de técnicas sofisticadas de laboratório onde podem ser utilizados testes em animais para a obtenção de resultados precisos. 205

8 O evento de Caruaru foi o primeiro relato comprovado, no mundo, de morte de seres humanos causada pelas microsistinas tendo sido importante para as autoridades dispensar mais atenção ao problema. Este trabalho apresenta questões críticas sobre os riscos de microcistinas no processo de tratamento de água já contaminada e sua distribuição ressaltando os riscos associados e, principalmente a importância do assunto. Outro processo importante e que se faz necessário ressaltar é o mecanismo de produção de clorofórmio na água potável. A adição de cloro para desinfecção da água pode produzir compostos orgânicos clorados onde alguns são tóxicos, como é o caso dos compostos orgânicos halogenados, principalmente na exposição a compostos fenólicos. Dessa forma, o problema com a cloração é a formação de trialometanos (THMs), onde a maior preocupação é a produção de clorofórmio, derivado da reação entre os ácidos húmicos com o ácido hipocloroso (HOCl). O clorofórmio é solúvel em água e não é componente biodegradável da matéria da decomposição vegetal. De forma geral, a introdução de compostos orgânicos nos corpos hídricos resulta em problemas diversos comprometendo a qualidade das águas para abastecimento e elevando a probabilidade de riscos à saúde dos consumidores. A sazonalidade das características hidrológicas do corpo hídrico associada aos níveis de concentração da matéria orgânica, oriunda de despejos in natura, resulta em processos de decomposição diferenciados ao longo de seu estirão. A aplicação de modelos de qualidade de água sugere resultados prováveis a partir das condições iniciais de controle dos processos e do nível de detalhamento de dados possíveis. Os resultados podem ser refinados com estudos posteriores através da inserção de novos dados e informações ambientais. Deve-se ter em mente que o modelo é uma representação da realidade gerada com dados e informações em determinado nível de complexidade e detalhamento, não atingindo assim um grau elevado de exatidão nos seus resultados. No entanto, seus resultados permitem a inferência de condições ambientais favorecendo o processo de gestão dos recursos hídricos e a tomada de decisão. 206

9 3 PARÂMETROS DE QUALIDADE DA ÁGUA AMOSTRADOS As amostras de água dos rios Caceribu, Macacu e Guapi-Açu foram coletadas em pontos distintos e buscaram representar o alto, médio e baixo curso dos rios. Foi considerada a seguinte nomenclatura para os pontos de amostragem a partir da foz, conforme ilustrado na Figura 1, a seguir: Rio Caceribu: (1) BR-493, (2) Reta Nova, (3) Tanguá; Rio Macacu: (4) Imunana, (5) Parque Ribeira, (6) Cemitério; Rio Guapi-Açu: (7) Duas Barras. A estrutura de apresentação dos resultados foi elaborada na forma de gráficos. Esta opção permite uma melhor comparação entre a qualidade de água dos rios de forma a enriquecer o entendimento dos dados determinados em campo e em laboratório. Assim, buscou-se uma abordagem relativa ao comprometimento da qualidade da água frente à classificação determinada pela resolução CONAMA 357 de forma a complementar os resultados da modelagem desenvolvida com o software Qual-UFMG. A modelagem de qualidade da água realizada explora os resultados para os períodos chuvoso e seco, bem como as condições de situação crítica onde levou-se em consideração os resultados mais comprometedores da qualidade da água obtidos durante as campanhas, admitindo-se a vazão mínima Q 7,10. Esta proposta sugere possíveis resultados da qualidade da água em um cenário de vazão mais comprometedora para a qualidade da água dos rios e, com valores determinados sem o funcionamento do COMPERJ e sem o aumento populacional. 207

10 Figura 1 - Localização dos pontos de amostragem dos rios Caceribu, Macacu e Guapi-Açu 3.1. Condutividade - Salinidade O rio Caceribu apresenta valores de condutividade similares àqueles observados nos pontos de coleta de Tanguá e Reta Nova que os enquadram na classe de água doce 2. O ponto de amostragem BR-493, limítrofe com a APA de Guapimirim, apresentou resultados mais elevados, sugerindo uma influência mais significativa da 2 Águas com salinidade igual ou inferior a 0,5 (aproximadamente 270 µs.cm -1 ), classificação da resolução CONAMA 357, cap.1, art. 2º, inciso I. 208

11 água do mar, sem atingir, entretanto, os limites de águas salgadas, caracterizandoas como salobras 3, sendo inútil a diversos tipos de uso, particularmente para o consumo humano. Da mesma forma, na região, devido às dificuldades de acesso, o contato primário também não é uso preponderante. A amostra coletada em setembro de 2008 resultou em µs diferindo bastante dos valores obtidos posteriormente, indicando a penetração da cunha salina até este ponto. Assim sendo, optou-se pelo expurgo da amostra. De maneira geral, a condutividade determinada no rio Caceribu apresentou um comportamento homogêneo ao longo do período amostrado não indicando uma sazonalidade, como pode ser observado na Figura Condutividade - Rio Caceribu Tanguá set/08 out/08 nov/08 dez/08 jan/09 fev/09 mar/09 abr/09 (us.cm -1 ) mai/09 jun/09 jul/09 ago/09 Reta Nova BR-493 Figura 2 Condutividade nos pontos de amostragem do rio Caceribu O rio Macacu apresentou valores bem inferiores àqueles determinados no rio Caceribu, conforme mostrado na Figura 3. De forma geral, identifica-se uma elevação mais significativa da condutividade nos pontos de amostragem Parque Ribeira e Imunana em relação ao ponto Cemitério. No entanto, todos os três pontos de amostragem podem ser enquadrados como de água doce. A condutividade no rio Macacu apresentou um aumento nos meses de junho a agosto sugerindo uma resposta ao período de menor pluviosidade. 3 Acima de 0,5 e inferior a 30, classificação da resolução CONAMA 357, cap.1, art. 2º, inciso II. 209

12 Condutividade - Rio Macacu 70 (us.cm -1 ) Cemitério Parque Ribeira Imunana set/08 out/08 nov/08 dez/08 jan/09 fev/09 mar/09 abr/09 mai/09 jun/09 jul/09 ago/09 Figura 3 Condutividade nos pontos de amostragem no rio Macacu O rio Guapi-Açu apresentou os valores mais baixos de condutividade, Figura 4, quando comparado aos rios Caceribu e Macacu permitindo sua classificação como água doce. Ele também apresenta um comportamento homogêneo ao longo do ano, não se identificando uma sazonalidade. 70 Condutividade - Rio Guapiaçu (us.cm -1 ) set/08 out/08 nov/08 dez/08 jan/09 fev/09 mar/09 abr/09 mai/09 jun/09 jul/09 ago/09 Duas Barras Figura 4 Condutividade no ponto de amostragem no rio Guapi-Açu 3.2. Oxigênio Dissolvido O monitoramento do oxigênio dissolvido nos rios Caceribu, Macacu e Guapi- Açu apresentou características distintas em relação aos limites estabelecidos pela 210

13 resolução CONAMA O rio Caceribu apresentou concentrações que atendem à classe 1 nos pontos de amostragem Tanguá e Reta Nova, como pode se observar na Figura 5, com exceção do localizado na BR-493. As concentrações neste ponto indicam que a qualidade de água pode ser enquadrada na classe 3, com amostras cujas concentrações são bastante inferiores ao limite estabelecido pela referida classe. Na Figura 6, o rio Caceribu apresenta as concentrações de oxigênio dissolvido para os pontos Tanguá e Reta Nova, próximos à curva de saturação de oxigênio em relação às temperaturas no momento da coleta. No ponto BR-493, no entanto, fica evidente o comprometimento da qualidade da água devido aos baixos valores determinados. 18,0 Oxigênio Dissolvido - Rio Caceribu Tanguá (mg/l) 15,0 12,0 9,0 6,0 3,0 Reta Nova BR-493 OD Classe 1 (6 mg/l) OD Classe 2 (5 mg/l) 0,0 OD Classe 3 (4mg/l) set/08 out/08 nov/08 dez/08 jan/09 fev/09 mar/09 abr/09 mai/09 jun/09 jul/09 ago/09 Figura 5 Concentração de OD no rio Caceribu em relação à CONAMA Águas doces na classificação da resolução CONAMA 357, Classe 1: 6 mg/l (cap.1, art. 14, inciso I.i), classe 2: 5 mg/l (cap.1, art. 15, inciso VI) e classe 3: 4 mg/l (cap.1, art. 16, inciso I, j). 211

14 Oxigênio Dissolvido - Rio Caceribu (mg/l) 18,0 15,0 12,0 9,0 6,0 3,0 0,0 15,0 20,0 25,0 30,0 35,0 Temperatura ( o C) Tanguá Reta Nova BR-493 Saturação do OD OD Classe 1 (6mg/l) OD Classe 2 (5mg/l) OD Classe 3 (4mg/l) Figura 6 Concentração de OD no rio Caceribu em relação à temperatura O rio Macacu apresenta concentrações de oxigênio dissolvido mais elevadas do que o rio Caceribu nos pontos de Cemitério e Parque Ribeira, conforme a Figura 7. As concentrações superam a curva de saturação característica de oxigênio dissolvido em relação à temperatura sugerindo influência de turbulências relacionadas aos aspectos geomorfológicos como profundidade, fundo pedregoso, etc. identificados em vários trechos que provocam um aumento da concentração de oxigênio, como mostra a Figura 8. Outro fator que poderia estar provocando supersaturação é a produção primária fitoplanctônica, contudo, os resultados encontrados indicam que esta produção é consistentemente baixa ao longo dos estirões (vide item 3.10). Oxigênio Dissolvido - Rio Macacu 18,0 Cemitério (mg/l) 15,0 12,0 9,0 6,0 Parque Ribeira Imunana DBO Classe 1 (6 mg/l) 3,0 DBO Classe 2 (5 mg/l) 0,0 set/08 out/08 nov/08 dez/08 jan/09 fev/09 mar/09 abr/09 mai/09 jun/09 jul/09 ago/09 DBO Classe 3 (4 mg/l) Figura 7 Concentração de OD no rio Macacu em relação à CONAMA

15 Oxigênio Dissolvido - Rio Macacu (mg/l) 18,0 15,0 12,0 9,0 6,0 3,0 0,0 15,0 20,0 25,0 30,0 35,0 Temperatura ( o C) Cemitério Parque Ribeira Imunana Saturação do OD OD Classe 1 (6mg/l) OD Classe 2 (5mg/l) OD Classe 3 (4mg/l) Figura 8 Concentração de OD no rio Macacu em relação à temperatura O rio Guapi-Açu confirma as condições de qualidade identificadas em outros parâmetros determinados conforme apresentado nas Figuras 9 e 10 com a totalidade das amostras apresentando concentrações de oxigênio acima do definido para a classe 1. 21,0 Oxigênio Dissolvido - Rio Guapiaçu 18,0 Duas Barras (mg/l) 15,0 12,0 9,0 6,0 DBO Classe 1 (6 mg/l) DBO Classe 2 (5 mg/l) 3,0 0,0 DBO Classe 3 (4 mg/l) set/08 out/08 nov/08 dez/08 jan/09 fev/09 mar/09 abr/09 mai/09 jun/09 jul/09 ago/09 Figura 9 Concentração de OD no rio Guapi-Açu em relação à CONAMA

16 Oxigênio Dissolvido - Rio Guapiaçu (mg/l) 18,0 15,0 12,0 9,0 6,0 3,0 0,0 15,0 20,0 25,0 30,0 35,0 Temperatura ( o C) Duas Barras Saturação do OD OD Classe 1 (6mg/l) OD Classe 2 (5mg/l) OD Classe 3 (4mg/l) Figura 10 Concentração de OD no rio Guapi-Açu em relação à temperatura 3.3. Demanda Bioquímica de Oxigênio A demanda bioquímica de oxigênio (DBO 5 ) do rio Caceribu apresentou uma grande amplitude nas concentrações não revelando uma compartimentação relativa ao trecho monitorado do rio, como pode ser observado na Figura 11. Nos três pontos de monitoramento foram determinadas concentrações superiores à classe 2. Demanda Bioquímica de Oxigênio DBO 5 - Rio Caceribu (mg/l) 12,0 10,0 8,0 6,0 4,0 2,0 Tanguá Reta Nova BR-493 DBO Classe 1 (até 3 mg/l) DBO Classe 2 (até 5 mg/l) 0,0 set/08 out/08 nov/08 dez/08 jan/09 fev/09 mar/09 abr/09 mai/09 jun/09 jul/09 ago/09 DBO Classe 3 (até 10 mg/l) Figura 11 DBO 5 no rio Caceribu 214

17 De acordo com a Figura 12, as amostras do rio Macacu apresentaram concentrações de DBO 5 características de águas das classes 1 e 2. Cabe salientar no entanto, que os maiores valores obtidos situam-se no ponto de coleta próximo ao cemitério, à jusante da cidade de Cachoeiras de Macacu sugerindo influência do despejo de esgotos no rio e talvez aportes de necro-chorume. Demanda Bioquímica de Oxigênio DBO 5 - Rio Macacu (mg/l) 12,0 10,0 8,0 6,0 4,0 2,0 Cemitério Parque Ribeira Imunana DBO Classe 1 (até 3 mg/l) DBO Classe 2 (até 5 mg/l) 0,0 DBO Classe 3 (até 10 mg/l) set/08 out/08 nov/08 dez/08 jan/09 fev/09 mar/09 abr/09 mai/09 jun/09 jul/09 ago/09 Figura 12 DBO 5 no rio Macacu O rio Guapi-Açu apresentou os melhores resultados de DBO 5, ficando bem abaixo dos limites da classe 2 de águas doces, indicando uma excelente qualidade de água, Figura 13. (mg/l) 12,0 10,0 8,0 6,0 4,0 Demanda Bioquímica de Oxigênio DBO 5 - Rio Guapiaçu Duas Barras DBO Classe 1 (até 3 mg/l) DBO Classe 2 (até 5 mg/l) 2,0 0,0 DBO Classe 3 (até 10 mg/l) set/08 out/08 nov/08 dez/08 jan/09 fev/09 mar/09 abr/09 mai/09 jun/09 jul/09 ago/09 Figura 13 DBO 5 no rio Guapi-Açu 215

18 3.4. ph e Eh O ph dos rios Caceribu, Macacu e Guapi-Açu, cujos gráficos são apresentados nas Figuras 14 a 16, apresentou comportamento semelhante com a variação definida nas três classes da resolução CONAMA 357 (entre 6 e 7,5). Os maiores potenciais hidrogeniônicos para os três rios estudados coincidem com o período do inverno. 10,0 9,0 8,0 7,0 6,0 ph - Rio Caceribu Tanguá Reta Nova 5,0 4,0 BR-493 set/08 out/08 nov/08 dez/08 jan/09 fev/09 mar/09 abr/09 mai/09 jun/09 jul/09 ago/09 Figura 14 Variação do ph no rio Caceribu 10,0 ph - Rio Macacu 9,0 Cemitério 8,0 7,0 Parque Ribeira 6,0 5,0 4,0 Imunana set/08 out/08 nov/08 dez/08 jan/09 fev/09 mar/09 abr/09 mai/09 jun/09 jul/09 ago/09 Figura 15 Variação do ph no rio Macacu 216

19 10,0 ph - Rio Guapiaçu 9,0 8,0 7,0 6,0 Duas Barras 5,0 4,0 set/08 out/08 nov/08 dez/08 jan/09 fev/09 mar/09 abr/09 mai/09 jun/09 jul/09 ago/09 Figura 16 Variação do ph no rio Guapi-Açu O Eh dos rios, cujos resultados são mostrados nas Figuras 17 a 19, a seguir, apresentou valores homogêneos à exceção das seguintes amostras: Rio Macacu em Parque Ribeira e Imunana: nos meses de outubro de 2008 e julho de 2009 que resultaram em valores baixos de ph de 5,02 e 4,95 respectivamente; Rio Caceribu em BR-493: no mês de julho de 2009 que apresentou ph igual a 8,54. Este valor sugere relação direta com a qualidade da água neste ponto de amostragem, que se apresenta bastante comprometida. A plotagem dos resultados de ph versus Eh, Figura 20, apresentou comportamento esperado indicando características do campo de estabilidade das águas naturais. Esta interpretação é importante para estudos futuros com os resultados de metais, como o ferro, que poderão ser explicados para identificação do campo de estabilidade do metal e sua provável forma iônica encontrada. O meio oxidado contribui para a remobilização de metais pesados. 217

20 Eh - Rio Caceribu Tanguá mv Reta Nova BR-493 set/08 out/08 nov/08 dez/08 jan/09 fev/09 mar/09 abr/09 mai/09 jun/09 jul/09 ago/09 Figura 17 Variação do Eh no rio Caceribu Eh - Rio Macacu Cemitério 300 mv Parque Ribeira Imunana set/08 out/08 nov/08 dez/08 jan/09 fev/09 mar/09 abr/09 mai/09 jun/09 jul/09 ago/09 Figura 18 Variação do Eh no rio Macacu 500 Eh - Rio Guapiaçu mv Duas Barras -200 set/08 out/08 nov/08 dez/08 jan/09 fev/09 mar/09 abr/09 mai/09 jun/09 jul/09 ago/09 Figura 19 Variação do Eh no rio Guapi-Açu 218

21 1200 ph x Eh Eh (mv) , ,0 6,0 7,0 8,0 9, Rio Caceribu Rio Guapiaçu Rio Macacu Eh=1,23-0,059*pH Eh=-0,059*pH -800 ph Figura 20 ph versus Eh para os rios Caceribu, Macacu e Guapi-Açu 3.5. Nitrogênio Nitrogênio Total A avaliação da concentração de nitrogênio total é um indicador importante no auxílio à avaliação do estágio de eutrofização do corpo hídrico. O aumento do teor de nutrientes no corpo d`água pode causar aumento do número de algas podendo resultar em superpopulações que, na camada superficial, impedem a penetração da energia luminosa para as camadas inferiores do corpo d`água. Este processo provoca a morte das algas situadas nestas regiões inferiores resultando, por exemplo, na elevação do consumo de oxigênio por micro-organismos decompositores causando mortandade de peixes, eventuais maus odores, entre outros problemas. A Figura 21 apresenta os resultados de nitrogênio total no rio Caceribu onde é possível identificar uma elevação das concentrações no ponto de amostragem BR- 493 a partir do mês de maio para abril e decrescendo a seguir de junho a agosto. Este comportamento também identificado nos outros dois pontos de amostragem (Tanguá e Reta Nova) coincidindo com o período característico de baixa precipitação. 219

22 Nitrogênio Total - Rio Caceribu 6,0 Tanguá (mg/l) 4,0 2,0 Reta Nova 0,0 BR-493 set/08 out/08 nov/08 dez/08 jan/09 fev/09 mar/09 abr/09 mai/09 jun/09 jul/09 ago/09 Figura 21 Concentrações de nitrogênio total no rio Caceribu O rio Macacu apresentou uma concentração média dos pontos cemitério e Parque Ribeira bastante similares em torno de 1mg/L caracterizando uma maior regularidade nas concentrações do que o rio Caceribu. No entanto, o ponto de amostragem em Imunana apresentou um aumento na concentração em uma ordem de grandeza não sugerindo um comportamento associado à sazonalidade. A diferença do tamanho da bacia do rio Macacu pode ser um fator de concentração no baixo curso onde a capacidade de suporte do rio pode ser diferente dos pontos à montante. 100,0 Nitrogênio Total - Rio Macacu 10,0 Cemitério (mg/l) 1,0 Parque Ribeira Imunana 0,1 set/08 out/08 nov/08 dez/08 jan/09 fev/09 mar/09 abr/09 mai/09 jun/09 jul/09 ago/09 Figura 22 Concentrações de nitrogênio total no rio Macacu 220

23 O rio Guapi-Açu apresenta valores bem inferiores aos rios Caceribu e Macacu não caracterizando um comportamento associado à sazonalidade característica do período de elevada precipitação (verão) ou de baixa precipitação (inverno). 1,5 Nitrogênio Total - Rio Guapiaçu 1,0 0,5 0,0 set/08 out/08 nov/08 dez/08 jan/09 fev/09 mar/09 abr/09 mai/09 jun/09 jul/09 ago/09 (mg/l) Duas Barras Figura 23 Concentrações de nitrogênio total no rio Guapi-Açu Nitrogênio Amoniacal Os valores de nitrogênio amoniacal foram cruzados com os dados de ph através de um gráfico de dispersão possibilitando uma melhor identificação da classificação da qualidade da água dos três rios (Figura 24). Os resultados apontam uma qualidade de água de classe 1 e 2 para todas as amostras dos rios estudos em relação ao nitrogênio amoniacal. Para este parâmetro também fica evidente um comprometimento da qualidade da água do rio Caceribu em relação aos demais. Cabe ressaltar que as concentrações de nitrogênio amoniacal do rio Macacu são mais elevadas no ponto de amostragem do Parque Ribeira. Este indicador é produzido num primeiro estágio de decomposição do nitrogênio orgânico. Estes valores podem estar relacionados à ocupação da área marginal do rio com agropecuária além do processo de urbanização crescente e o aporte de despejo orgânico não tratado. 221

24 100,0 ph e Nitrogênio Amoniacal Rio Caceribu Nitrogênio Amoniacal (mg/l) 10,0 1,0 0,1 Rio Guapiaçu Rio Macacu Classe 1 e 2 (ph < 7,5) Classe 1 e 2 (7,5 < ph < 8,0) Classe 3 (ph < 7,5) 0,0 Classe 3 (7,5 < ph < 8,0) 4,0 5,0 6,0 ph 7,0 8,0 9,0 Figura 24 Variação do ph e nitrogênio amoniacal nos rios Macacu, Caceribu e Guapi-Açu em relação à CONAMA Nitrito e Nitrato As concentrações de nitrito indicam um estágio intermediário da oxidação da amônia, praticamente ausente no esgoto bruto [SPERLING, 2005]. O nitrato, por sua vez, é resultante do produto final da oxidação da amônia, praticamente ausente no esgoto bruto. Os resultados determinados nas amostras do rio Caceribu (Figura 25) apresentam concentrações com uma ordem de grandeza de diferença entre as concentrações de nitrito e de nitrato, sugerindo um estágio inicial do processo de decomposição. O rio Macacu (Figura 26), por sua vez apresenta valores de nitrito com duas ordens de grandeza de diferença em relação ao nitrato já indicando um processo menos recente no estágio de decomposição do nitrogênio amoniacal. Este cenário também pode ser identificado no rio Guapi-Açu (Figura 27) diferindo com valores de concentrações um pouco mais baixas. Os resultados sugerem um processo de depuração do nitrogênio amoniacal semelhante para os rios Macacu e o Guapi-Açu, quando comparados aos resultados do rio Guapi-Açu. O presente cenário pode indicar um despejo de matéria orgânica no rio Caceribu superior à capacidade de suporte natural. 222

25 10,00 1,00 Nitrito e Nitrato- Rio Caceribu Tanguá - NO2 Reta Nova - NO2 (mg/l) 0,10 0,01 BR NO2 Tanguá - NO3 Reta Nova - NO3 0,00 BR NO3 set/08 out/08 nov/08 dez/08 jan/09 fev/09 mar/09 abr/09 mai/09 jun/09 jul/09 ago/09 Figura 25 Concentrações de nitrito e nitrato no rio Caceribu 10,00 Nitrito e Nitrato - Rio Macacu Cemitério - NO2 (mg/l) 1,00 0,10 Parque Ribeira - NO2 Imunana - NO2 Cemitério - NO3 Parque Ribeira - NO3 0,01 Imunana - NO3 set/08 out/08 nov/08 dez/08 jan/09 fev/09 mar/09 abr/09 mai/09 jun/09 jul/09 ago/09 Figura 26 Concentrações de nitrito e nitrato no rio Macacu 1,00 Nitrito e Nitrato - Rio Guapiaçu (mg/l) 0,10 0,01 Duas Barras - NO2 Duas Barras - NO3 0,00 set/08 out/08 nov/08 dez/08 jan/09 fev/09 mar/09 abr/09 mai/09 jun/09 jul/09 ago/09 Figura 27 Concentrações de nitrito e nitrato no rio Guapi-Açu 223

26 3.6. Fósforo Total O fósforo inorgânico (ortofosfatos e polifosfatos) e o fósforo orgânico (P-total) desempenham papel fundamental como nutrientes no tratamento biológico [SPERLING, 2005]. As concentrações de fosfato e fósforo total (P-total) apresentaram comportamentos semelhantes nos três rios não caracterizando, portanto, uma sazonalidade dos valores em relação ao período amostrado, de acordo com as Figuras 28 a 30, a seguir Fosfato e P Total - Rio Caceribu Tanguá - Fosfato Reta Nova - Fosfato (mg/l) BR Fosfato Tanguá - P Total Reta Nova - P Total 0 BR P Total set/08 out/08 nov/08 dez/08 jan/09 fev/09 mar/09 abr/09 mai/09 jun/09 jul/09 ago/09 Figura 28 Concentrações do fósforo inorgânico (fosfato) e fósforo orgânico (P-total) no rio Caceribu Fosfato e P Total - Rio Macacu (mg/l) Cemitério - Fosfato Parque Ribeira - Fosfato Imunana - Fosfato Cemitério - P Total 0 0 Parque Ribeira - P Total Imunana - P Total set/08 out/08 nov/08 dez/08 jan/09 fev/09 mar/09 abr/09 mai/09 jun/09 jul/09 ago/09 Figura 29 Concentrações do fósforo inorgânico (fosfato) e fósforo orgânico (P-total) no rio Macacu 224

27 10,00 Fosfato e P Total - Rio Guapiaçu 1,00 Duas Barras - Fosfato (mg/l) 0,10 Duas Barras - P Total 0,01 set/08 out/08 nov/08 dez/08 jan/09 fev/09 mar/09 abr/09 mai/09 jun/09 jul/09 ago/09 Figura 30 Concentrações do fósforo inorgânico (fosfato) e fósforo orgânico (P-total) no rio Guapi-Açu 3.7. Turbidez e Carbono Orgânico As Figuras 31 e 32, a seguir, apresentam as concentrações de carbono orgânico e os valores de turbidez determinados nos rios Caceribu e Macacu. De maneira geral, os pontos de amostragem BR-493 (rio Caceribu) e Imunana (rio Macacu) apresentaram os maiores valores em relação aos demais pontos de amostragem com variação de duas ordens de grandeza para cada parâmetro analisado. 100 Turbidez e Carbono Orgânico - Rio Caceribu Tanguá - C.O.P. (mg/l) (mg/l) 10 1 Reta Nova - C.O.P. (mg/l) BR C.O.P. (mg/l) Tanguá - Turbidez (NTU) Reta Nova - Turbidez (NTU) 0 set/08 out/08 nov/08 dez/08 jan/09 fev/09 mar/09 abr/09 mai/09 jun/09 jul/09 ago/09 BR Turbidez (NTU) Figura 31 Carbono orgânico e turbidez no rio Caceribu 225

28 (mg/l) Turbidez e Carbono Orgânico - Rio Macacu Cemitério - C.O.P. (mg/l) Parque Ribeira - C.O.P. (mg/l) Imunana - C.O.P. (mg/l) Cemitério - Turbidez (NTU) Parque Ribeira -Turbidez (NTU) 0 Imunana - Turbidez (NTU) set/08 out/08 nov/08 dez/08 jan/09 fev/09 mar/09 abr/09 mai/09 jun/09 jul/09 ago/09 Figura 32 Carbono orgânico e turbidez no rio Macacu O rio Guapi-Açu, por outro lado, apresentou valores de turbidez mais baixos nos meses de junho, julho e agosto, pluviosidade menor, sugerindo uma contribuição maior de água subterrânea em detrimento da água proveniente de escoamento superficial, como pode se observar na Figura 33, a seguir. 100 Turbidez e Carbono Orgânico - Rio Guapiaçu 10 Duas Barras - C.O.P. (mg/l) (mg/l) 1 0 Duas Barras - Turbidez (NTU) 0 set/08 out/08 nov/08 dez/08 jan/09 fev/09 mar/09 abr/09 mai/09 jun/09 jul/09 ago/09 Figura 33 Carbono orgânico e turbidez no rio Guapi-Açu Os valores de turbidez estão diretamente associados à concentração de sólidos em suspensão, ou seja, é o seu principal constituinte responsável. No 226

29 presente estudo, os valores de turbidez foram plotados com as concentrações de carbono orgânico e com as concentrações de material particulado em suspensão, Figuras 34 e 35, respectivamente. Os três rios apresentaram resultados semelhantes não confirmando a tendência registrada na bibliografia, [SPERLING, 2005] Turbidez e Carbono Orgânico Rio Caceribu Rio Guapi - Açu C.O.P. (mg/l) Rio Macacu Linear (Rio Caceribu) Linear (Rio Guapi - Açu ) 5 Linear (Rio Macacu) Turbidez (NTU) Figura 34 Valores de turbidez versus concentração de carbono orgânico M.E.S. (mg/l) Turbidez e Material Particulado em Suspensão Rio Caceribu Rio Guapi - Açu Rio Macacu Linear (Rio Caceribu) Linear (Rio Macacu) Linear (Rio Guapi - Açu ) Turbidez (NTU) Figura 35 Valores de turbidez versus concentração de material particulado em suspensão 227

30 3.8. Coliformes Totais e Fecais Coliformes Totais Os coliformes totais constituem em um grande grupo de bactérias que têm sido isoladas de amostras de águas e solos poluídos e não poluídos, bem como de fezes de seres humanos e outros animais de sangue quente. Este grupo foi bastante usado no passado como indicador de qualidade de água e continua a ser usado em algumas áreas, embora as dificuldades associadas com a ocorrência de bactérias não fecais (SPERLING, 2005). Todos os rios apresentaram valores muito elevados de coliformes totais, como mostrado nas Figuras 36 a 38, a seguir Coli. Totais - Rio Caceribu Tanguá (UFC/100ml) Reta Nova 100 BR-493 set/08 out/08 nov/08 dez/08 jan/09 fev/09 mar/09 abr/09 mai/09 jun/09 jul/09 ago/09 Figura 36 Concentrações de coliformes totais no rio Caceribu Coli. Totais - Rio Macacu Cemitério (UFC/100ml) Parque Ribeira 100 Imunana set/08 out/08 nov/08 dez/08 jan/09 fev/09 mar/09 abr/09 mai/09 jun/09 jul/09 ago/09 Figura 37 Concentrações de coliformes totais no rio Macacu 228

31 Coli. Totais - Rio Guapiaçu set/08 out/08 nov/08 dez/08 jan/09 fev/09 mar/09 abr/09 mai/09 jun/09 jul/09 ago/09 (UFC/100ml) Duas Barras Figura 38 Concentrações de coliformes totais no rio Guapi-Açu Coliformes Fecais Os coliformes totais e fecais são um grupo de bactérias indicadoras de organismos originários predominantemente do trato intestinal humano e de animais. O limite 5 das concentrações de coliformes termotolerantes (fecais) para as águas de classe 2 é de coliformes por 100 ml e para as águas de classe 3 é de coliformes por 100 ml. Todos os rios apresentaram valores superiores ao estabelecido pela resolução CONAMA 357, Figuras 39 a Coli. Fecais - Rio Caceribu Tanguá (UFC/100ml) Reta Nova BR set/08 out/08 nov/08 dez/08 jan/09 fev/09 mar/09 abr/09 mai/09 jun/09 jul/09 ago/09 Figura 39 Concentrações de coliformes fecais no rio Caceribu 5 Resolução CONAMA 357, art. 15, inciso I. 229

32 Coli. Fecais - Rio Macacu (UFC/100ml) Cemitério Parque Ribeira 100 Imunana set/08 out/08 nov/08 dez/08 jan/09 fev/09 mar/09 abr/09 mai/09 jun/09 jul/09 ago/09 Figura 40 Concentrações de coliformes fecais no rio Macacu Coli. Fecais - Rio Guapiaçu (UFC/100ml) set/08 out/08 nov/08 dez/08 jan/09 fev/09 mar/09 abr/09 mai/09 jun/09 jul/09 ago/09 Duas Barras Figura 41 Concentrações de coliformes fecais no rio Guapi-Açu 3.9. Salmonella É um grupo de bactérias de várias espécies que provocam febre, náusea e diarréia quando vetor da contaminação. A Salmonella typhi é responsável pela febre tifóide e sua contaminação provoca febre elevada, diarréia e ulceração no intestino delgado. Não há limite tolerável para sua presença na resolução CONAMA 357. Portanto, preza-se pela sua ausência. Em relação aos rios estudados, todos apresentaram valores elevados de salmonellas, como mostrado nas Figuras 42 a

33 Salmonella - Rio Caceribu Tanguá (UFC/100ml) Reta Nova BR set/08 out/08 nov/08 dez/08 jan/09 fev/09 mar/09 abr/09 mai/09 jun/09 jul/09 ago/09 Figura 42 Concentrações de salmonellas no rio Caceribu Salmonella - Rio Macacu Cemitério (UFC/100ml) Parque Ribeira 100 Imunana set/08 out/08 nov/08 dez/08 jan/09 fev/09 mar/09 abr/09 mai/09 jun/09 jul/09 ago/09 Figura 43 Concentrações de salmonellas no rio Macacu 231

34 Salmonella - Rio Guapiaçu set/08 out/08 nov/08 dez/08 jan/09 fev/09 mar/09 abr/09 mai/09 jun/09 jul/09 ago/09 (UFC/100ml) Duas Barras Figura 44 Concentrações de salmonellas no rio Guapi-Açu Clorofila a A clorofila a é um indicador de produção primária (matéria orgânica) e suas concentrações nos rios foram elevadas, indicando a ausência de processos tróficos muito intensos na coluna d água, mesmo para os rios mais estagnados, Figuras 45 a 47. Clorofila a - Rio Caceribu 0,040 0,030 Tanguá (µg/l) 0,020 Reta Nova 0,010 0,000 BR-493 set/08 out/08 nov/08 dez/08 jan/09 fev/09 mar/09 abr/09 mai/09 jun/09 jul/09 ago/09 Figura 45 Concentrações de clorofila a no rio Caceribu 232

35 Clorofila a - Rio Macacu 0,016 0,012 Cemitério (µg/l) 0,008 Parque Ribeira 0,004 Imunana 0,000 set/08 out/08 nov/08 dez/08 jan/09 fev/09 mar/09 abr/09 mai/09 jun/09 jul/09 ago/09 Figura 46 Concentrações de clorofila a no rio Macacu 0,004 Clorofila a - Rio Guapiaçu (µg/l) 0,002 0,000 set/08 out/08 nov/08 dez/08 jan/09 fev/09 mar/09 abr/09 mai/09 jun/09 jul/09 ago/09 Duas Barras Figura 47 Concentrações de clorofila a no rio Guapi-Açu 4 AVALIAÇÃO QUALITATIVA DO RESULTADO DAS AMOSTRAGENS Os resultados dos parâmetros de qualidade da água obtidos nos rios Caceribu, Macacu e Guapi-Açu possibilitam algumas inferências sobre o atual estado de qualidade dos rios. Objetivando uma análise qualitativa dos resultados foi elaborada a Tabela 1, a seguir, que apresenta um resumo sucinto da interpretação dos dados determinados. Foram atribuídas cores para as respectivas classes de água: verde para classe 1, amarelo para classe 2 e laranja para classe 3. Os parâmetros que 233

36 apresentaram valores elevados ou que superam os limites das classes foi atribuída a cor vermelha. Para amostras ao longo do ano que apresentaram variação dos valores dos parâmetros, que permitiam a alteração da classe, foram atribuídas as mesmas cores representativas das classes, porém inseridas conjuntamente, como é o caso de águas que apresentaram valores para as classes 1 e 2 (cores verde e amarelo) e águas que apresentaram valores pertinentes às três classes (cores verde, amarelo e laranja). O mesmo método foi utilizado para os valores muito elevados quando em conjunto com as mesmas classes. A condutividade, quando transformada em salinidade, possibilita a classificação da água como doce, salobra ou salgada. Para esta determinação qualitativa na tabela foram inseridas as letras D águas doce; AS águas salobras e S águas salgadas. Os dados provenientes das análises das amostras de água dos três rios estudados: Caceribu, Macacu e Guapi-Açu indicam um acentuado comprometimento da qualidade das águas, principalmente no rio Caceribu no ponto de amostragem BR-493 onde os resultados dos parâmetros de ph, clorofila a, nitrito, nitrato e nitrogênio amoniacal não se enquadram nos valores de referência provenientes da resolução CONAMA 357. O rio em melhor situação de qualidade de água é o rio Guapi-Açu sendo seguido pelo rio Macacu. Porém, todos os rios apresentaram resultados preocupantes nos parâmetros coliformes fecais, fosfatos e fósforo total sendo estes parâmetros indicadores principais relacionados a infraestrutura sanitária ineficiente. 234

37 Tabela 1 Resumo Qualitativo dos parâmetros das amostras de água dos rios Caceribu, Macacu e Guapi-Açu Parâmetro Rio Guapiaçu Duas Barras Cemitério Parque Ribeira Imunana Tanguá Reta Nova Condutividade D D D D D D ph Rio Macacu Rio Caceribu BR-493 AS O 2 DBO 5 Turbidez Col. Fecais Clorofila a Fosfato N Amonical Nitrito Nitrato P Total LEGENDA Classe 1 D Água Doce Classe 2 AS Água Salobra Classe 3 S Água Salgada Fora de classificação Variação de águas de classe 1 e 2 Variação de águas de classe 1, 2 e 3 235

38 5 MODELO Qual-UFMG O software Qual-UFMG foi desenvolvido pela Universidade Federal de Minas Gerais a partir do Qual-2k, este desenvolvido pela United States Environmental Protection Agency - EPA. O fator que influenciou a escolha do Qual-UFMG está associado às dificuldades da interface aplicativo-usuário do Qual-2k. O Qual-UFMG é um aplicativo intuitivo e de mais fácil utilização. A estruturação do modelo para a geração de cenários é dividida em três etapas, a saber: (1) o diagrama unifilar do rio onde são evidenciadas as vazões e a localização das diversas entradas; (2) a determinação dos coeficientes utilizados nos cálculos e (3) os dados propriamente ditos que irão alimentar o modelo Diagrama Unifilar A estrutura inicial denominada diagrama unifilar é apresentada no início de cada tópico referente à abordagem de cada rio. Foram consideradas as vazões Q 7,10 para exemplificar esta estrutura. O diagrama unifilar tem como objetivo um estudo prévio para organizar os dados que alimentarão o modelo. Importante neste contexto é o ponto inicial considerado como ponto de referência para o modelo (headwater), ponto de medição da vazão é onde se considera o início do modelo Dados de Entrada Os parâmetros iniciais considerados para os rios Caceribu e Macacu são apresentados na Tabela 2. Os coeficientes do modelo Qual-UFMG são calculados automaticamente após a inserção dos dados, sendo necessário somente alguns ajustes com relação às entradas e na discretização dos rios. Apresentaremos a seguir, a título de exemplificação, os cálculos das constantes utilizadas. 236

39 Tabela 2 Parâmetros iniciais para a modelagem dos cenários dos rios Macacu e Caceribu Rio Caceribu Rio Macacu Parâmetro Unidade Q 7,10 Estação Seca Estação Chuvosa Q 7,10 Estação Seca Estação Chuvosa Q r m 3 /s 1,28 0,46 1,54 1,65 5,29 7,13 OD r mg/l 6,60 7,20 9,2 7,30 9,40 10,30 Q e m 3 /s OD e mg/l DBO r mg/l 11,00 5,90 4,20 8,00 2,80 3,60 DBO e mg/l Onde: (Q r ) é a vazão do rio a montante do lançamento; (OD r ) é o oxigênio dissolvido a montante do lançamento (Q e ) é a vazão de esgotos; (OD e ) oxigênio dissolvido no esgoto; (DBO r ) demanda bioquímica de oxigênio a montante do lançamento; (DBO e ) demanda bioquímica de oxigênio do esgoto Coeficiente de Desoxigenação e Coeficiente de Decomposição O coeficiente de desoxigenação (K 1 ) depende das características da matéria orgânica, além da temperatura e da presença de substâncias inibidoras. Os valores de DBO determinados em laboratório a partir das amostras coletadas no Projeto Macacu são provenientes da análise de DBO de 5 dias. Este coeficiente, determinado em laboratório necessita das análises de DBO de vários dias como 1, 3, 5, 7, 9 ou mais dias. No âmbito do presente estudo, ele foi calculado a partir de regressão linear composta primeiramente por valores estimados de DBO remanescente no t=0 (10) e K 1 (0,40) de acordo com a Tabela

40 Origem Curso d água recebendo esgoto bruto concentrado Curso d água recebendo esgoto bruto de baixa concentração Curso d água recebendo efluente primário Curso d água recebendo efluente secundário Curso d água com águas limpas Tabela 3 Valores típicos dos coeficientes de remoção de DBO K 1 (Laborat.) Decomp. K d Rios Rasos Sediment. K s Remoção K r (K s +K d ) Decomp. K d Rios Profundos Sediment. K s Remoção K r (K s + K d ) 0,35-0,45 0,50-1,00 0,10-0,35 0,60-1,35 0,35-0,50 0,05-0,20 0,40-0,70 0,30-0,40 0,40-0,80 0,05-0,25 0,45-1,05 0,30-0,45 0,00-0,15 0,30-0,60 0,30-0,40 0,40-0,80 0,05-0,10 0,45-0,90 0,30-0,45 0,00-0,05 0,30-0,50 0,12-0,24 0,12-0,24-0,12-0,24 0,12-0,24-0,12-0,24 0,08-0,20 0,08-0,20-0,08-0,20 0,08-0,20-0,08-0,20 Nota: a profundidade dos rios rasos é inferior a 1,5 m ou 1,0 m e dos rios profundos superior a 1,0 ou 1,5 m. Fonte: Von Sperling, Utilizando-se a ferramenta SOLVER do Excel foram calculados os valores de Lo e K 1 de forma a conduzir a um valor mínimo da soma dos erros. A Tabela 4 apresenta a diferença dos valores de DBO (Y obs ) para dias 1, 2, 8 e 9 e os valores estimados (Y est ) são calculados a partir de: Y Lo ( 1 e ( K 1 t = )) (1) Onde Y é a DBO exercida em um tempo t (mg/l), Lo é a DBO remanescente em t=0 (mg/l) e K 1 é o coeficiente de desoxigenação (d -1 ). A Tabela 4 apresenta os dados iniciais para o cálculo do K

41 Tabela 4 - Dados iniciais estimados para a determinação do K 1 e Lo Lo 7,6 K1 0,22 Tempo (dias) Y obs Y est (Y obs - Y est)^ , ,5 0,0 2 3, ,7 1,2 8 5, ,3 0,9 9 6, ,6 0,1 soma de (Yobs-Yest) 2 = 2,3 A Tabela 5 apresenta o resultado do cálculo através da ferramenta SOLVER do Excel onde os valores mínimos gerados a partir dos valores da DBO são exibidos. Tabela 5 - Dados finais calculados a partir da ferramenta Solver do Excel para a determinação do K 1 e Lo O coeficiente de remoção efetiva de desoxigenação (K d ) no rio busca incorporar a decomposição da matéria orgânica pela biomassa suspensa na massa líquida, bem como pela biomassa no lodo de fundo. Ele está relacionado à taxa de remoção do oxigênio no rio que pode ser maior do que aquela resultante da análise amostral no laboratório. As principais causas são a sedimentação e a remoção de DBO pelo lodo de fundo. Dessa forma, tem-se que: K d K 1 (2) 239

42 Admite-se que os rios mais rasos são mais susceptíveis à influência da demanda do sedimento e de outros fatores. As faixas de valores sugeridos pela bibliografia são apresentadas na Tabela 3. Para o cálculo de K d é usual a adoção das equações sugeridas por EPA (1985) e Thomann & Mueller (1987), respectivamente: K d 0,434 H = 0,3 para H 2,5m (3) 2,5 K d 0,49 = 1,80 Q para 0,3m < H < 10m e 0,15 < Q < 250 m 3 /s (4) Onde H é a profundidade e Q a vazão. Foram calculados, a título de exemplo, os valores de K d para as profundidades determinadas no rio Caceribu. Desta forma, o rio Caceribu se enquadra na faixa de vazão e profundidade da equação (3). O modelo calcula automaticamente tais índices Coeficiente de Reaeração O coeficiente de reaeração (K 2 ) pode ser determinado através de métodos estatísticos. Os dados envolvidos são: OD a diversos t, concentração de saturação (C) e o coeficiente K 2, sendo o primeiro os dados de entrada e os dois últimos de saída, Tabela 7. A determinação de K 2 é bastante complexa envolvendo o uso de traçadores, desta forma o coeficiente de reaeração é estimado utilizando-se: Valores tabelados; Valores em função das características hidráulicas do corpo d água; Valores correlacionados com a vazão do curso d água. A Tabela 6, a seguir, apresenta as equações para a determinação dos valores de K 2 utilizando a velocidade e a altura da lâmina d água, segundo Sperling (2007). 240