MECANISMOS DE ALTERAÇÃO DA CONCENTRAÇÃO DE POLUENTES NA ÁGUA Físicos, Químicos e Biológicos PHD-5004 Monica Porto MECANISMOS FÍSICOS DILUIÇÃO: Q R C R MISTURA IMEDIATA Q C BALANÇO DE MASSA: Q = Qr + Qe Q e, C e C = Q r.cr Q r + + Qe.C Qe e 1
DIFUSÃO MOLECULAR PROCESSO PELO QUAL MASSA E ENERGIA SÃO TRANSFERIDAS ATRAVÉS DO MOVIMENTO RANDÔMICO DAS PARTÍCULAS, DECORRENTE DA AGITAÇÃO TÉRMICA, NA DIREÇÃO DO GRADIENTE DE CONCETRAÇÃO SEM QUE HAJA MOVIMENTO DO FLUIDO. t = 0 t = 1 LEI DE FICK: q = - D m. C x q é o fluxo do constituinte (M/L.T) D m é o coeficiente de difusão molecular
DIFUSÃO TURBULENTA SIMILAR À DIFUSÃO MOLECULAR O ESPALHAMENTO É PROVOCADO PELOS VÓRTICES FORMADOS NA TURBULÊNCIA O ESPALHAMENTO É MAIS RÁPIDO E MAIOR εx C q= -εx. x é o coeficiente de difusão turbulenta ADVECÇÃO PROCESSO DE TRANSPORTE PELO CAMPO DE VELOCIDADES DO FLUIDO SE O FLUIDO POSSUI VELOCIDADE U, O TRANSPORTE ADVECTIVO SE DARÁ MESMA DIREÇÃO E VELOCIDADE U q = U.C 3
DIFUSÃO ADVECTIVA SUPERPOSIÇÃO DOS EFEITOS DE ADVECÇÃO E DIFUSÃO O TRANSPORTE SE DÁ PELO ESPALHAMENTO PROVOCADO PELA DIFUSÃO MAIS O CAMPO DAS VELOCIDADES t = 0 t = 1 q = U. C + - D m C x ATENÇÃO: PERFIL UNIFORME DE VELOCIDADES! 4
ADVECÇÃO DIFERENCIADA O CAMPO DE VELOCIDADES NÃO É UNIFORME DISPERSÃO É O EFEITO CONJUNTO DA DIFUSÃO MOLECULAR/ TURBULENTA E DA ADVECÇÃO DIFERENCIADA q = u. C C + - K x. x L m K x é o coeficiente de DISPERSÃO O equacionamento só é válido após o COMPRIMENTO DE MISTURA 5
COMPRIMENTO DE MISTURA APÓS O LANÇAMENTO EXISTE UM PERÍODO EM QUE PREDOMINAM OS EFEITOS ADVECTIVOS SOBRE OS EFEITOS DIFUSIVOS A TEORIA DA DISPERSÃO SÓ É VÁLIDA APÓS ESSE COMPRIMENTO. ÚTIL PARA LOCALIZAR PONTOS DE MONITORAMENTO, CAPTAÇÕES ETC FORMULAÇÕES APROXIMADAS: THOMANN (1987) LANÇAMENTO NA MARGEM B Lm.6 U. H Lm = ft U = fps B = ft H = ft LANÇAMENTO NO CENTRO DO CANAL L m B 1.3 U H 6
FISCHER (1979) (distribuição uniforme de velocidades e canal retangular) LANÇAMENTO NA MARGEM L m B 0.4 U. εz εz é o coeficiente de dispersão transversal εz = 0.6 H. U * LANÇAMENTO NO CENTRO DO CANAL L m B 0.1U εz B = largura em m; H = profundidade em m; U = velocidade em m/s; U * = velocidade crítica (ghs) 1/ ; S = declividade EXEMPLO: ETE Q = 1.8 m 3 /s B = 15 m H = 0.4 m S = 0.004 m/m U = 0.3 m/s U * = ghs = 9.8x0.4x0.004 = 0.15m / s εz = 0.6 x 0.4 x 0.15 = 0.03 m L 15 = 0.4 x 0.3 x 0.03 m = 898m / s 7
OUTRA FÓRMULA: YOTSUKURA (1968) L m = 8.5 U B H Para o mesmo exemplo Lm = 1438 m ERRO!!!!! Origem: erro no coeficiente de dispersão OUTRO EXEMPLO: ETE Q = 70 m 3 /s B = 50 m H = m S = 0.00015 m/m U = 0.7 m/s U * PELO EQUACIONAMENTO = ghs = 9. 8xx0. 00015 = 0. 054m / s APRESENTADO POR THOMANN L M =.75 m!!!!! εz = 0.6 x.0 x 0.054 = 0.06 m 50 Lm = 0.4 x 0.7 x = 11670m 0.06 um rio do porte do rio Tietê! / s 8
GRAVIDADE EQUIVALE À PRECIPITAÇÃO, SEDIMENTAÇÃO A MATÉRIA ORGÂNICA VAI SOFRER DECOMPOSIÇÃO NO FUNDO MECANISMOS QUÍMICOS REAÇÕES DIVERSAS COMO: REAÇÃO COM O SEDIMENTO DE FUNDO PRESENÇA OU NÃO DE O ALTERA FORMAS INSOLÚVEIS PARA SOLÚVEIS 9
OUTROS MECANISMOS DECAIMENTO SE A SUBSTÂNCIA DECAI NO TEMPO: MATÉRIA ORGÂNICA MORTE DE BACTÉRIAS RADIOTIVIDADE OUTROS MECANISMOS DECAIMENTO C dc dt = KC CUJA SOLUÇÃO É: C(t) = C 0. e -Kt t 10
A EQUAÇÃO MOSTRA QUE UMA SUBSTÂNCIA NÃO CONSERVATIVA COM DECAIMENTO K, TERÁ SUA CONCENTRAÇÃO DIMINUÍDA EXPONENCIALMENTE A JUSANTE DO PONTO DE LANÇAMENTO. DESCARGA U C (mg/l) x ln C coeficiente angular k se abscissa for t x ou t x ou t EXEMPLO: CLUBE 10 Km RIO: Q = 100m 3 /s ; V = 0.6 m/s; T = ºC; salinidade = 100 mg/l CT = 500NMP/ 100ml LANÇAMENTO: Q = 0.5m 3 /s; CT = 30 x10 6 NPM/ 100 ml PADRÃO PARA RECREAÇÃO < 1000 NPM/100ml ideal: < 50 NMP/ 100mg/l 11
1. CONCENTRAÇÃO DA MISTURA C mist 100 x 500 + 0.5 x 30x 10 = 100 + 0.5 C mist = 15 x 10 4 6 NPM/ 100 mg/l. TAXA DE MORTALIDADE COEF. DE DECAIMENTO K b = (0.8 + 0.0 S) x 1.07 T-0 K b = (0.8 + 0.0 x 0.1) x 1.07-0 S, salinidade em g/l T, temperatura K b = 0.9 dia -1 3. TEMPO DE TRÂNSITO ATÉ O CLUBE C =15 x10 4 x e -0.9 x 0.19 C = 16000 NMP/ 100ml IMPRÓPRIA!! 1
COEFICIENTE DE MORTALIDADE Fonte: Thomann e Mueller MORTALIDADE DE BACTÉRIAS Esse coeficiente leva em conta apenas a mortalidade natural. Luz aumenta essa taxa Deposição MAS QUANTO É LANÇADO? 13
BRASIL: ESGOTO BRUTO 00 x 106 CT/100ml EUA: ESGOTO BRUTO 0 x 106 CT/ 100 ml CARGAS DIFUSAS URBANAS; 0.3 x 106 CT/100 ml PADRÕES CONANA Resolução No. 357/05 CLASSE ESPECIAL: cond. nat. CLASSE 1: 00 NMP/100ml CLASSE : 1000 NMP/100ml CLASSE 3: 500 NMP/100ml (contato secundário) 1000 NMP/100ml (dess. animal) 4000 NMP/100ml (outros usos) CLASSE 4: s/ restrição Resolução No. 74/00. Excelente <50 NMP/100ml. Muito boa <500 NMP/100ml. Satisfatória <1000NMP/100ml 14