DETERMINAÇÃO DA CAPACIDADE DE ASSIMILAÇÃO DOS CORPOS DE ÁGUA PARA A DISPOSIÇÃO FINAL DOS EFLUENTES DOMÉSTICOS E INDUSTRIAIS Rbsn Sarment (1) Engenheir Espec., M.Sc., Ph.D - Prfessr d Departament de Hidráulica e Saneament e d Curs de Mestrad em Engenharia Ambiental da UFES. Alexandre J.Serafim Prfessr d Departament de Hidráulica e Saneament e d Curs de Mestrad em Engenharia Ambiental da UFES. Engº., Espec.,M.Sc.,Ph.D. Jsé M. Driguet Analista de Sistemas da PRODEST, Engº., M.Sc. Miguel R. Dnatelli Mestrand d Curs de Engenharia Ambiental da UFES Engº. Endereç (1) : Rua Euric Aguiar - Praia d Cant - Vitória - ES - CEP: 29055-280 - Brasil - Tel: (027) 227-6294 - Fax: (027) 225-2822 - e-mail: rbsar@npd1.ufes.br. RESUMO A capacidade de assimilaçã de um crp de água é um instrument atrativ para s engenheirs sanitaristas e ambientalistas, dentre utrs prfissinais. Ist implica n fat de que s crps de água,receptres de afluentes dméstics e industriais, pssuem uma capacidade própria em receber um efluente prvend limites naturais para a quantidade de efluente que pde ser lançad neles seguramente. Ist, na prática, resulta numa reduçã ds custs ds sistemas de tratament ds efluentes dméstics e industriais. Nã há metdlgia pré- definida para a determinaçã da capacidade de assimilaçã ds crps de água. O bjetiv deste estud é apresentar us ds mdels matemátics de qualidade de água cm uma pssível metdlgia. Para tant, é feita aqui, a determinaçã da capacidade de assimilaçã d Canal da Passagem na Baía de Vitória que será crp receptr final d efluente tratad da futura estaçã de tratament de efluentes dméstics de grande parte d municípi de Vitória, a ser implantada pel Prgrama de Despluiçã ds Ecssistemas Litrânes - PRODESPOL - d Gvern d Estad d Espirit Sant sb a respnsabilidade da Cmpanhia Espirit Sant - CESAN - e financiad pel BIRD. É cncluid que a mdelagem matemática se apresentu cm uma metdlgia adequada para a determinaçã da capacidade de assimilaçã, quand aplicada a Canal da Passagem na Baía de Vitória. PALAVRAS-CHAVE: Capacidade, Assimilaçã. 19 Cngress Brasileir de Engenharia Sanitária e Ambiental 2044
INTRODUÇÃO O cnceit de capacidade de assimilaçã teve a sua rigem n us d mei aquátic para a dispsiçã de efluentes dméstics e industriais. Ela é definida cm a habilidade ds crps de água de suprtar certs níveis de pluiçã, sem sfrerem quaiquer efeits adverss significativs bilógics. A capacidade de assimilaçã de um crp de água se fundamenta nas seguintes premissas básicas: us da capacidade de assimilaçã nã causará efeits danss ns prcesss bilógics mesm havend alteraçã da qualidade da água; a capacidade de assimilaçã levará em cnta as variações saznais ds prcesss químics e bilógics; as znas de misturas serã permitidas, nde alterações eclógicas pdem crrer, desde que aceitas pels demais usuáris d crp de água; us da capacidade de assimilaçã é muit limitad n cas das substâncias tóxicas u substâncias que sã persistentes e se cncentrem n mei aquátic e se acumulam na bita aquática; a capacidade de assimilaçã para a qual crrem impacts inaceitáveis pde ser quantificada e a capacidade pde ser alcada e administrada em níveis aceitáveis; a utilizaçã da capacidade de assimilaçã deve ser baseada nas cndições de vazões mínimas críticas ds crps de água. A capacidade de assimilaçã de um crp de água de absrver uma substância especifica também depende se ela é cnservativa u nã cnservativa. As substâncias cnservativas nã sfrem transfrmações químicas e bilógicas, mas se acumulam send apenas diluídas e nã assimiladas pel crp de água. As substâncias nã cnservativas decaem cm temp em funçã de reações químicas, bilógicas e físicas. Estas reações incluem: assimilaçã e acumulaçã pelas plantas e animais; degradaçã u decmpsiçã bacteriana; decaiment radiativ; transfrmaçã química para utra frma; absrçã pelas partícula de sediments; vlatizaçã e reduçã - xidaçã. Em geral, a capacidade de assimilaçã de um crp receptr absrver um efluente é primariamente baseada na habilidade d crp de água de assimilar à demanda de xigêni que efluente requer. O CANAL DA PASSAGEM O Canal da Passagem está lcalizad na Baía de Vitória e a nrte da Cidade de Vitória. A sua extensã é de 10 Km e a sua parte nrte abriga um manguezal cm uma área de cêrca de 20 Km 2. O seu trech mais hmgêne está entre as pntes de Camburi e da Passagem, nde se encntram as suas menre seções transversais. Atualmente Canal da Passagem é lcal de diluiçã final ds efluentes dméstics e industriais nã tratads das Bacias que drenam: grande parte d bairr da Praia d Cant, bairr de Santa Lúcia, bairrs a lng da Avenida Maruípe (Tabuazeir e Eucalipt), parte d bairr de Jardim da Penha, bairrs de Jana D Arc e Maria Ortiz, Giabeiras, Jabur e República, dentre utrs, que abrangem 58.600 habitantes. Assim send, a qualidade das suas águas apresentam-se muit cmprmetidas, trnand-as inadequadas para uss tais cm pesca, balneabilidade, etc. Váris cass de cólera têm sid registrads cm mradres da rla d Canal. O númer de pnts de lançaments de efluentes n Canal é cerca de 21, cm 19 Cngress Brasileir de Engenharia Sanitária e Ambiental 2045
pde ser vist n mapa a seguir. O mair cntribuinte cm efluente é pnt relativ às Bacias de cntribuiçã da Av. Maruípe, Av. Leitã da Silva e Av. Reta da Penha. Cm a implantaçã d Prjet d Sistema de Esgtament Sanitári (PRODESPOL) estes pnts de lançament serã eliminads. 19 Cngress Brasileir de Engenharia Sanitária e Ambiental 2046
MODELAGEM MATEMÁTICA DA CAPACIDADE DE ASSIMILAÇÃO A Capacidade de Assimilaçã fi mdelada matemáticamente para s parâmetrs OD ( xigêni disslvid ), DBO ( demanda biquímica de xigêni) e P ( fósfr ) cm us ds mdels HIDROBAVI ( Sarment, 1996 )que simula as crrentes marinhas e as alturas das marés, e QUALBAVI ( Sarment, 1996 ) que mdela a dispersã de pluentes ( qualidade de água ) na Baía de Vitória. O HIDROBAVI é fundamentad nas equações bi-dimensinais da quantidade de mviment e da cnservaçã de massa, e QUALBAVI utiliza a equaçã da advecçã n seu aspect bi-dimensinal. Para a calibragem destes mdels fram cnsideradas cinc seções transversais n Canal. Empregu-se dis marégrafs instalads em duas seções, para registr da maré para um períd cmplet. Para as seções intermediárias empregu-se réguas linimétricas. As cletas de amstras de água para a btençã d OD fram realizadas em cinc seções. bservand-se um interval de 3 hras entre cada cleta. Estas fram efetuadas num pnt situad n mei da seçã e a meia prfundidade nas seções transversais d Canal em estud. Cm cndições iniciais fram utilizadas as marés e OD, DBO e P a lng das seções. Para as cndições de cntrn fram frnecidas a maré na fz d Canal ( Praia de Camburi ) e a vazã à mntante, u seja, n extrem nrte d Canal. EQUAÇÕES UTILIZADAS Para HIDROBAVI U t V t U U V U fv g g U U V x y x C H 2 2 U V V V fu g g V U V x y y C H HU HV U H t 2 0 2 2 0 t x y nde U e V - cmpnentes da velcidade t - temp g - aceleraçã da gravidade C - ceficiente de Chezy h - distância d plan de referência a fund - elevaçã d nível d água H - h + C - 1 1 6 n H V H t 2 0 19 Cngress Brasileir de Engenharia Sanitária e Ambiental 2047
n - ceficiente de Manning 19 Cngress Brasileir de Engenharia Sanitária e Ambiental 2048
Para QUALBAVI: t A nde S A A ex Au x x x e y y A y S A - razã entre a prduçã da substância A pr reações químicas u bilógicas pela unidade de vlume A - densidade de massa da substância A e, e - ceficientes de difusã turbulenta x y MÉTODO DE SOLUÇÃO Na sluçã d sistema de equações apresentadas fi utilizad sistema cmputacinal de Leendertse, 1977. Cm cndições iniciais fram utilizadas as marés, OD, DBO e P a lng das cinc seções. Para cndições de cntrn empregu-se a maré na fz d canal (na Praia de Camburi) e vazã a mntante, u seja, n extrem nrte d canal. PARÂMETROS ADOTADOS Ceficiente de reaeraçã d xigêni, k = 0.9144 x 10-5 m/s Ceficiente de reaçã de 1 a rdem para DBO, k = 0,3 x 10-5 s -1 Taxa de decaiment de 1 a rdem d Fósfr, k = 0,411 x 10-5 s -1 Cncentraçã de saturaçã d xigêni, k = 7.2 mg/l Vazã de 200 litrs/per capita/dia OD igual a zer DBO igual a 54 g/per capita/dia Fósfr igual a 4 g/per capita/dia ETE de Jardim Camburi: Vazã de 100 litrs/segund OD igual a 3.10 mg/l DBO igual a 40 mg/l Fósfr igual a 4 mg/l ETE da Bacia B4: Vazã de 170 litrs/per capita/dia OD igual a 5 mg/l DBO igual a 20 mg/l Fósfr igual a 5 mg/l 19 Cngress Brasileir de Engenharia Sanitária e Ambiental 2049
RESULTADOS Os resultads calculads pel mdel matemátic e medids para Oxigêni Disslvid -OD, Demanda Biquímica de Oxigêni- DBO e Fósfr- P, sã apresentads ns quadrs a seguir: Quadr 1 - OD (mg/l). Temp Seçã 1 Seçã 2 Seçã 3 Seçã 4 Seçã 5 (hras) Medid Calculad Medid Calculad Medid Calculad Medid Calculad Medid Calculad iníci 3.30 3.30 3.30 3.30 5.00 5.00 4.20 4.20 2.90 2.90 03 5.10 3.51 3.40 3.34 1.60 4.85 4.80 4.65 3.40 4.43 06 5.30 3.28 4.00 3.40 4.40 4.55 4.20 4.79 3.40 3.83 09 3.80 3.45 4.10 4.24 6.00 4.71 5.20 4.63 5.20 4.08 12 5.00 3.83 4.60 4.13 4.90 4.50 4.89 4.50 4.13 Quadr 2 - DBO (mg/l). Temp Seçã 1 Seçã 2 Seçã 3 Seçã 4 Seçã 5 (hras) Medid Calculad Medid Calculad Medid Calculad Medid Calculad Medid Calculad iníci 4.20 4.20 2.80 2.80 3.60 3.60 2.00 2.00 2.40 2.40 03 4.00 4.31 2.00 3.11 5.80 3.37 2.80 2.21 2.20 2.54 06 2.80 4.19 1.80 4.04 1.60 3.15 2.60 2.28 1.40 2.55 09 4.40 4.06 4.80 3.62 4.40 2.20 2.00 2.36 1.60 2.26 12 3.40 4.01 2.40 3.57 2.41 1.60 2.15 3.80 2.33 Quadr 3 - FÓSFORO (mg/l). Temp Seçã 1 Seçã 2 Seçã 3 Seçã 4 Seçã 5 (hras) Medid Calculad Medid Calculad Medid Calculad Medid Calculad Medid Calculad iníci 0.09 0.09 0.11 0.11 0.19 0.19 0.06 0.06 0.11 0.11 03 0.08 0.09 0.08 0.10 0.12 0.17 0.07 0.08 0.10 0.10 06 0.07 0.08 0.09 0.09 0.08 0.15 0.21 0.09 0.03 0.11 09 0.08 0.13 0.21 0.18 0.06 0.08 0.33 0.09 0.06 0.07 12 0.09 0.10 0.08 0.16 0.10 0.06 0.08 0.15 0.10 CONCLUSÕES Para grau de precisã desejad em estuds d tip aqui em questã e, cnsiderand númer dispnível de medições de camp, a calibragem d mdel matemátic apresentu bns resultads para tds s parâmetrs cntemplads n trabalh. Os resultads das simulações para tds s hrizntes de prjet (1996, 2001 e 2008) apresentaram s seguintes valres crítics: OD mínim - 5,20 mg/l DBO máxim - 24,75 mg/l 19 Cngress Brasileir de Engenharia Sanitária e Ambiental 2050
P máxim - 6,17 mg/l 19 Cngress Brasileir de Engenharia Sanitária e Ambiental 2051
Estes valres crreram smente n trech junt a pnt de lançament d efluente da ETE B4 n Canal. Os númers crrespndentes a OD e DBO excederam s limites da Resluçã CONAMA 020/86 e a Circular CONDEMA 019/93. Cm já citad anterirmente, análise semelhante nã pde ser feita para parâmetr Fósfr, perante a legislaçã acima referenciada. Cntud, ns demais trechs d Canal, s valres para OD e DBO mantiveramse próxims as daqueles da legislaçã. D quadr a seguir, que nã leva em cnsideraçã a regiã em trn d lançament d efluente da ETE B4, verifica-se que, para s parâmetrs OD, DBO e P, crrerá uma melhria significativa da qualidade da água d Canal da Pasagem. Parâmetr Atualmente 1996 2008 OD mínim (mg/l) 3,24 6,48 6,47 DBO máxim (mg/l) 23,07 0,36 0,41 P máxim (mg/l) 1,62 0,09 0,10 Uma sugestã para que trech que receberá efluente da ETE B4 se enquadre na legislaçã vigente seria pssível us de difusr. D acima expst, é de se cncluir que cm tratament ds efluentes dméstics Canal da Passagem aumentará a sua capacidade de assimilaçã n que diz respeit as parâmetrs OD, DBO e P. A mdelagem matemática empregada neste estud se apresenta cm um instrument atual e adequad para cnheciment da capacidade de assimilaçã de um crp de água. Os autres agradecem a CESAN pel api recebid durante a realizaçã d trabalh. BIBLIOGRAFIA 1. Sarment,R.,1997. PROBAVI - Prgrama Baía de Vitória. Dcument da ABAVIT (Assciaçã ds Amigs da Baía de Vitória ), Vitória, Espirit Sant. 2. Leendertse,JJ., 1977. Cmunicaçã Pessal. 19 Cngress Brasileir de Engenharia Sanitária e Ambiental 2052