TRATAMENTO DE ÁGUAS
RESIDUÁRIAS
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Parâmetros de qualidade da água
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Parâmetros de qualidade da água Parâmetros físicos
Cor: Representa a coloração da água. Geralmente a
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Parâmetros de qualidade da água Parâmetros químicos
pH: Representa a concentração de íons de hidrogênio H+.
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Parâmetros de qualidade da água Parâmetros químicos
Alcalinidade: Representam a quantidade de íons presentes na
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Parâmetros de qualidade da água Parâmetros químicos
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Parâmetros de qualidade da água Parâmetros químicos
Cloretos: Todas as águas naturais, em maior ou menor escala,
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Nitrogênio: Dentro do ciclo do nitrogênio na biosfera, ele pode altern...
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Oxigênio dissolvido: O oxigênio dissolvido (OD) e de especial
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Micropoluentes inorgânicos: Uma grande parte dos micropoluentes
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Parâmetros de qualidade da água Parâmetros químicos
Micropoluentes orgânicos: Alguns materiais orgânicos são
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Parâmetros de qualidade da água –
Parâmetros biológicos
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Parâmetros de qualidade da água –
Parâmetros biológicos
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Requisitos de qualidade das águas
Os requisitos de qualidade de água são função de
seus usos previstos.
Principais parâmetros
Padrões de qualidade
Além dos requisitos de qualidade, há a necessidade
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Padrões de qualidade
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Classes de enquadramento dos corpos
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Índice de qualidade de água - IQA
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Índice de qualidade de água - IQA
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Índice de qualidade de água - IQA

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UGRHI
5 - PCJ

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Critérios e gerenciamento da
qualidade das águas
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Critérios e gerenciamento da
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Autodepuração
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Etapas da autodepuração
Decomposição
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necessária para a decomposição da matéria...
Etapas da autodepuração
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Etapas da autodepuração
Recuperação de oxigênio dissolvido ou reaeração
Existem fontes continuas que adicionam oxigênio a
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Etapas da autodepuração
Caso a quantidade de matéria orgânica lançada
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Zonas de autodepuração
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Zonas de autodepuração
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Zonas de autodepuração
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Fatores que interferem no processo
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Formas de Controle da poluição por
matéria orgânica
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Tratamento do esgoto

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Formas de Controle da poluição por
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Aeração dos curso d’água

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Consumo de Oxigênio dissolvido
após o lançamento de esgotos
A compreensão do consumo de Oxigênio dissolvido
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Consumo de Oxigênio dissolvido após
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Balanço do oxigênio dissolvido
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Balanço do oxigênio dissolvido
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Balanço do oxigênio dissolvido
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Balanço do oxigênio dissolvido
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Modelagem matemática – Streeter e
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A temperatura tem grande influência no metabolismo
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Modelagem matemática – Streeter e
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Déficit de oxigênio dissolvido

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Modelagem matemática – Streeter e
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Modelagem matemática – Streeter e
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Físicas

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Modelagem matemática – Streeter e
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Valores em função das características hidráulicas do
corpo d’água.
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Modelagem matemática – Streeter e
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Influência da Temperatura

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Modelagem matemática – Streeter e
Phelps
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Modelagem matemática – Streeter e
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Modelagem matemática – Streeter e
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Atividade para reflexão
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Tendo o texto acima como referência inicial, elabore um
texto que contemple:
Quais são ...
Sistema para Simulação da Autodepuração de
Cursos D'Água
PROGRAMA AD'ÁGUA 2.0 PARA ESTIMATIVA DA
AUTODEPURAÇÃO DE CURSOS D...
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Aula 2 caracterização qualitativa esgoto

  1. 1. TRATAMENTO DE ÁGUAS RESIDUÁRIAS Aula 2 – Parâmetros, requisitos, padrões de qualidade das águas e caracterização qualitativa dos esgotos
  2. 2. Parâmetros de qualidade da água Devido à multiplicidade de aplicações da água nas diversas atividades humanas, o conceito de qualidade da água precisa ser relativizado em função do uso a que se destina: consumo humano, irrigação, uso industrial etc. A qualidade da água pode ser expressa através de diversos parâmetros, que traduzem as suas características físicas, químicas e biológicas.
  3. 3. Parâmetros de qualidade da água Parâmetros físicos Cor: Representa a coloração da água. Geralmente a cor esta relacionada com os sólidos dissolvidos. Esse parâmetro e determinante para a aceitação de água para consumo humano. Uma água de abastecimento deve ser o mais incolor possível. Cores mais acentuadas em águas naturais representam a presença de matéria orgânica em decomposição ou a presença de ferro ou manganês.
  4. 4. Parâmetros de qualidade da água Parâmetros físicos Sabor e odor: São parâmetros relativos aos sentidos do gosto e do olfato. São parâmetros relevantes para a produção de água de abastecimento. Comumente estão relacionados a presença de matéria orgânica em decomposição ou presença de contaminantes industriais. Temperatura: Representa a intensidade de calor da água. E um parâmetro de maior importância para caracterização de corpos d’água e interfere nos processos de tratamento de água e esgoto.
  5. 5. Parâmetros de qualidade da água Parâmetros químicos pH: Representa a concentração de íons de hidrogênio H+. Da uma indicação da acidez, neutralidade, ou alcalinidade da água. Os sólidos dissolvidos na água são os agentes que interferem no valor do seu pH. E um parâmetro de relevância tanto para o tratamento da água, como do esgoto. Valores de pH afastados da neutralidade podem afetar a vida nas águas. Interpretação: • pH < 7: condição acida • pH = 7: condição neutra • pH > 7: condição básica
  6. 6. Parâmetros de qualidade da água Parâmetros químicos Alcalinidade: Representam a quantidade de íons presentes na água para neutralizar os íons H+. Os principais constituintes da alcalinidade são os bicarbonatos (HCO3); carbonatos (CO3 2-); e hidróxidos.(HO-). A constituição da água, com maior ou menor concentração variada de cada um desses íons propicia alterações no valor do pH das águas. Interpretação: A alcalinidade, o teor de gás carbônico e o pH estão relacionados: • pH < 9,4: presença de hidróxidos ou carbonatos; • pH entre 8,3 e 9,4 presença de carbonatos e bicarbonatos; • pH entre 4,4 e 8,3 presença apenas de bicarbonato.
  7. 7. Parâmetros de qualidade da água Parâmetros químicos Acidez: Capacidade da água em resistir as mudanças de pH causadas pelas bases. Relaciona-se a presença de gás carbônico livre (CO2) e acido sulfídrico (H2S). Tem pouco significado sanitário. Podem caracterizar decomposição de matéria orgânica na água ou contaminação industrial. Interpretação: A alcalinidade, o teor de gás carbônico e o pH estão relacionados • pH > 8,2: ausência de CO2; • pH entre 4,5 e 8,2 acidez carbônica; • pH <4,5 ácidos minerais fortes provenientes de despejos industriais.
  8. 8. Parâmetros de qualidade da água Parâmetros químicos Dureza: Concentração de catodos multimetalicos em concentração. Os catodos mais comuns são divalentes (Ca+2) e (Mg+2). Não ha evidencia de que a dureza interfira sobre a qualidade dos esgotos. Ferro e manganês: O ferro e manganês quando presentes nas águas, apresentam-se nas formas insolúveis (Fe+3) e (Mn+4). Não ha evidencia de que interfiram sobre a qualidade dos esgotos.
  9. 9. Parâmetros de qualidade da água Parâmetros químicos Cloretos: Todas as águas naturais, em maior ou menor escala, possuem íons resultantes da dissolução de minerais. Os cloretos (Cl-) são advindos da dissolução de sais. Estão portanto relacionados aos sólidos dissolvidos. Fósforo: As principais formas que o fosfato se apresenta nas águas são: ortofosfatos, polifosfatos e fosfato orgânico. A sua presença na água esta associada a sólidos em suspensão ou sólidos em solução. Sua origem natural nas águas se deve a sua presença de compostos orgânicos e a sua dissolução em compostos no solo. A ação humana também propicia o incremento de fósforo na água, através dos despejos sanitários ou industriais. O fósforo e um elemento indispensável ao crescimento dos microorganismos responsáveis pelo tratamento do esgoto.
  10. 10. Parâmetros de qualidade da água Parâmetros químicos Nitrogênio: Dentro do ciclo do nitrogênio na biosfera, ele pode alternar entre diversos estados de oxidação. No meio aquático, o nitrogênio pode ser encontrado nas seguintes formas: (N) – nitrogênio molecular, neste estado e volátil e escapa para a atmosfera; (NH3) – amônia, nesta forma e nocivo aos peixes; (NO2 -) – nitrito (primeira forma oxidada); (NO3 -) – nitrato (segunda forma oxidada); Nitrogênio orgânico – dissolvido na água ou em suspensão. A origem natural do nitrogênio na água deve-se a atmosfera e principalmente a decomposição de compostos orgânicos presentes nos lançamentos de despejos na água, motivados por ação humana. Ele e imprescindível para o crescimento dos microorganismos responsáveis pelo tratamento de esgotos. Mas quando sua concentração e muito elevada em um recurso hídrico pode ser prejudicial, pois pode provocar o consumo de oxigênio dissolvido (O2) e o crescimento exagerado dos microorganismos comprometendo a vida no meio hídrico. Esse fenômeno e conhecido como eutrofização.
  11. 11. Parâmetros de qualidade da água Parâmetros químicos Oxigênio dissolvido: O oxigênio dissolvido (OD) e de especial importância para os organismos aeróbios (que necessitam do oxigênio para respirar). Assim um esgoto tratado deve conter certo índice de OD antes de ser lançado no corpo receptor, ou estar isento de substancias que podem ser decompostas, através do consumo de OD das águas. A origem natural de OD na água relaciona-se a dissolução do oxigênio atmosférico nas turbulências das correntezas das águas e pela sua produção pelos organismos fotossintéticos (algas). Pela sua importância para a decomposição de matéria orgânica e também para a existência de vida nas águas, o OD e considerado o principal parâmetro de caracterização dos efeitos da poluição por despejos orgânicos nas águas.
  12. 12. Parâmetros de qualidade da água Parâmetros químicos Matéria orgânica: A matéria orgânica presente nos corpos d’água e a causadora do principal problema de poluição dos recursos hídricos. O consumo de oxigênio do meio aquático pelos microorganismos nos seus processos metabólicos e estabilização da matéria orgânica, reduz a concentração de OD, comprometendo a existência da vida aquática. A Demanda Bioquímica de Oxigênio – DBO retrata de uma forma indireta, o teor de matéria orgânica nos esgotos ou nos corpos d’água. Trata-se de uma indicação do potencial de consumo de oxigênio dissolvido do meio.
  13. 13. Parâmetros de qualidade da água Parâmetros químicos Micropoluentes inorgânicos: Uma grande parte dos micropoluentes inorgânicos são tóxicos. Nesse grupo encontram-se os metais pesados. Entre os metais pesados que se dissolvem na água incluemse: As – arsênio Cd – cádmio Ag – prata Cr – cromo Pb – chumbo Hg – mercúrio Vários destes metais encontram-se na cadeia alimentar aquática representando um grande perigo para os organismos situados nos degraus superiores. Felizmente a concentração dos metais tóxicos nas águas dos corpos d’água e bem pequena. A atividade humana em mineradoras representa um serio problema ambiental, quando propicia o lançamento de metais pesados na água ou no solo.
  14. 14. Parâmetros de qualidade da água Parâmetros químicos Micropoluentes orgânicos: Alguns materiais orgânicos são resistentes a degradação biológica e com o agravante de estarem associados a problemas de toxicidade. Entre esses produtos encontram-se os defensivos agrícolas, alguns tipos de detergentes e outros produtos químicos. A presença desses compostos orgânicos da água se da por dissolução. O grande problema desses compostos e que mesmo em reduzida concentração provocam grandes problemas de toxidade. A origem desses produtos nos corpos d’água pode ate, eventualmente, ter origem natural, pois podem estar presentes em madeiras. Sua freqüência expressiva, no entanto, esta associada a ação do homem.
  15. 15. Parâmetros de qualidade da água – Parâmetros biológicos Para definição da qualidade da água dos corpos d’água, os microorganismos apresentam dois aspectos relevantes: 1) de promoverem a transformação da matéria dentro dos ciclos biogeoquímicos (autodepuração). Esse aspecto e extremamente benéfico a preservação dos recursos hídricos; e 2) por outro lado, ocasionarem a transmissão de doenças. Sendo assim, para garantia de que um corpo d’água não afete a saúde publica, torna-se essencial conhecer a potencialidade de contaminação que ele pode oferecer.
  16. 16. Parâmetros de qualidade da água – Parâmetros biológicos O parâmetro mais usual para qualificação biológica da água, identificando sua potencialidade de microorganismos patológicos, e a quantificação dos coliformes, em especial de Escherichia coli. Esse e um método indireto de aferição. As bactérias Escherichia coli residem apenas no intestino dos animais de sangue quente e não são patogênicas. Em um grama de fezes, em media, são encontrados 50 milhões de fecais, ou 3 milhões por 100 ml de esgoto. Os microorganismos causadores de doenças entéricas se originam da mesma fonte, ou seja, fezes contaminadas. Conseqüentemente a água com poluição fecal, via presença de coliformes fecais, e identificada como sendo potencialmente perigosa.
  17. 17. Requisitos de qualidade das águas Os requisitos de qualidade de água são função de seus usos previstos.
  18. 18. Principais parâmetros
  19. 19. Padrões de qualidade Além dos requisitos de qualidade, há a necessidade de estabelecer um padrão de qualidade, embasado em um suporte legal. Os padrões devem ser cumpridos, por força da legislação, pelas entidades envolvidas. Sobre a qualidade da água temos: • Padrões de lançamento do corpo receptor; • Padrões de qualidade do corpo receptor; • Padrões de qualidade para determinados usos (potabilidade).
  20. 20. Padrões de qualidade  Padrões de qualidade para os corpos d’água das diversas classes e padrões de lançamento Classificação das águas Resolução CONAMA Nº357/2005 e 430/2011 Classes de enquadramento dos corpos d’água
  21. 21. Classes de enquadramento dos corpos d’água
  22. 22. Classes de enquadramento dos corpos d’água
  23. 23. Classes de enquadramento dos corpos d’água
  24. 24. ...Geralmente
  25. 25. Padrões de qualidade da água
  26. 26. Índice de qualidade de água - IQA A CETESB desenvolveu um modelo de IQA que incorpora nove parâmetros relevantes para a avaliação da qualidade das águas, tendo como determinante principal a utilização das mesmas para abastecimento público. Para o cálculo do IQA, são consideradas variáveis de qualidade que indicam o lançamento de efluentes sanitários para o corpo d’água, fornecendo uma visão geral sobre as condições de qualidade das águas superficiais.
  27. 27. Índice de qualidade de água - IQA O IQA é calculado através dos parâmetros: temperatura da amostra, pH, oxigênio dissolvido, demanda bioquímica de oxigênio, coliformes termo tolerantes, nitrogênio total, fósforo total, resíduo total e turbidez. A partir do resultado, pode-se determinar a qualidade da água bruta que, indicada por um número entre 0 e 100, é classificada de acordo com a Tabela.
  28. 28. Índice de qualidade de água - IQA Exemplo IQA – Índice de Qualidade das Águas (CETESB,2010)  UGRHI 5 - PCJ Nº Pontos Amostragens 80 % em cada faixa de qualidade Ótima Boa Regular Ruim Péssima 31 44 21 4
  29. 29. Critérios e gerenciamento da qualidade das águas Os critérios de qualidade da água são baseados em levantamentos científicos e deve refletir o conhecimento sobre: • Todos os efeitos provocados por poluentes existentes num corpo hídrico sobre a saúde e bem-estar do homem, sobre o ecossistema aquático, sobre as características estéticas, sobre a possibilidade de uso recreacional. • A concentração e dispersão de poluentes e seus produtos secundários através de processos biológicos, físicos e químicos. • Os efeitos dos poluentes sobre a diversidade, produtividade e estabilidade do ecossistema aquático
  30. 30. Critérios e gerenciamento da qualidade das águas O gerenciamento da qualidade da água exige que sejam estabelecidas formas de acompanhamento da variação de indicadores da qualidade da água, permitindo avaliar as condições de poluição e alteração de um corpo hídrico. Este controle será exeqüível se for definido um conjunto de parâmetros significativos que atendam a um objetivo estipulado.
  31. 31. Autodepuração Com o lançamento de despejos urbanos em corpos d’água, além do aspecto visual desagradável, da exalação de gases mal cheirosos e ainda da possibilidade de contaminação de animais ou seres humanos, pelo consumo ou contato com essa água, há o declínio da concentração de oxigênio dissolvido no meio, comprometendo, desta forma, a sobrevivência dos seres de vida aquática.
  32. 32. A autodepuração dos cursos d’água Um corpo d’água poluído por lançamentos de matéria orgânica biodegradável sofre um processo de recuperação denominado de autodepuração. A autodepuração realiza-se por meio de processos físicos (diluição, sedimentação) químicos (oxidação) e biológicos. Lançamento de matéria orgânica Estabilização da matéria orgânica por bactérias Consumo de oxigênio dissolvido
  33. 33. Etapas da autodepuração Decomposição A quantidade de oxigênio dissolvido na água necessária para a decomposição da matéria orgânica – DBO é o oxigênio que vai ser respirado pelos microorganismos decompositores aeróbios para a decomposição da matéria orgânica lançada na água. O conhecimento da DBO do esgoto como um todo já e suficiente para determinar o impacto do despejo desse material na concentração de oxigênio dissolvido OD , do corpo d’água receptor. 
  34. 34. Etapas da autodepuração O consumo de oxigênio dissolvido para a digestão da matéria orgânica ocorre durante um certo intervalo de tempo. A temperatura afeta a taxa de degradação da matéria orgânica, pois o metabolismos dos microorganismos decompositores tende a acelerar-se com o aumento da temperatura. Quando os microorganismos terminam sua tarefa, dizemos que a matéria orgânica foi estabilizada ou mineralizada, por não existirem mais compostos orgânicos biodegradáveis, mas apenas água, gás carbônico e sais minerais.
  35. 35. Etapas da autodepuração Recuperação de oxigênio dissolvido ou reaeração Existem fontes continuas que adicionam oxigênio a água: a atmosfera e a fotossíntese. As trocas atmosféricas são mais intensas quanto maior for a turbulência no curso de água. Durante a fase de decomposição, os microorganismos que morrem, o oxigênio começa a “sobrar” e a sua concentração aumenta novamente. Essas duas etapas ocorrem simultaneamente ao longo de todo o processo. 
  36. 36. Etapas da autodepuração Caso a quantidade de matéria orgânica lançada seja muito grande, pode haver o esgotamento total do oxigênio dissolvido na água. A decomposição será feita pelos microorganismos anaeróbios, que prosseguem as reações de decomposição. Como subproduto dessa decomposição haverá a formação de metano, gás sulfídrico e outros. A decomposição anaeróbia não e completa, devendo ser completada pela decomposição aeróbia quando o rio apresentar teores mais elevados de oxigênio.
  37. 37. Zonas de autodepuração Existem quatro zonas de autodepuração ao longo de um curso d’água que recebe águas residuárias ricas em material orgânico: •zona de degradação; •zona de decomposição ativa; •zona de recuperação; e •zona de águas limpas.
  38. 38. Zonas de autodepuração Zona de degradação: tem início logo após o lançamento de esgoto no curso d’água. Apresenta grande quantidade de material orgânico, ainda em estágio complexo, mas potencialmente decomponível. Zona de decomposição ativa: os microorganismos estão mais adaptados a nova condição, passando a desempenhar ativamente suas funções de decomposição da matéria orgânica. Como conseqüência a qualidade da água atinge seu estágio mais deteriorado.
  39. 39. Zonas de autodepuração Zona de recuperação: após intenso consumo de matéria orgânica e degradação do ambiente, este tende a se recuperar gradativamente. Zona de águas limpas: as características iniciais voltam a ser atingidas no que diz respeito ao oxigênio dissolvido, matéria orgânica e bactérias.
  40. 40. Fatores que interferem no processo • • • • Temperatura Concentração de saturação dissolvido na água Velocidade do curso d’água Vazão do oxigênio A capacidade de autodepuração varia de um corpo hídrico para o outro, tornando-se necessário que estudos específicos sejam desenvolvidos, no intuito de conhecer a quantidade de efluentes que o rio é capaz de receber e diluir, sem que suas características naturais sejam prejudicadas.
  41. 41. Fatores que interferem no processo A avaliação de autodepuração de um rio é usualmente realizada utilizando-se modelagem matemática, permitindo a simulação dos processos de autodepuração do rio e conseqüentemente, auxiliando na tomada de decisões referentes ao gerenciamento desses recursos.
  42. 42. Formas de Controle da poluição por matéria orgânica  Visão regional para a bacia hidrográfica como um todo Entre as principais alternativas disponíveis, citam-se as seguintes:  Tratamento do esgoto;  Regularização da vazão d’ água;  Aeração dos esgotos tratados;  Alocação para outros usos para o curso d’água.
  43. 43. Formas de Controle da poluição por matéria orgânica  Tratamento do esgoto Tratamento individual ou coletivo dos esgotos antes do lançamento, é usualmente a principal, e muitas vezes a única estratégia de controle;  Regularização d’água das vazões dos curso Geralmente construir uma barragem a montante para, para através da regularização aumentar a vazão mínima do curso d’água.
  44. 44. Formas de Controle da poluição por matéria orgânica  Aeração dos curso d’água Promover a aeração do curso d’água em algum ponto a jusante do lançamento, mantendo os valores de OD em valores superiores ao mínimo.  Aeração dos esgotos tratados Na saída da estação de tratamento de esgotos, após a satisfação da demanda de oxigênio, o efluente pode sofrer uma simples aeração, usualmente por meio de vertedores.
  45. 45. Consumo de Oxigênio dissolvido após o lançamento de esgotos A compreensão do consumo de Oxigênio dissolvido após o lançamento de esgotos capacita a conhecer e determinar a qualidade permitida para o efluente a ser lançado no corpo d’água, incluindo o nível de tratamento necessário e a eficiência a ser atingida na remoção do DBO. Através da compreensão do consumo de oxigênio dissolvido e da autodepuração dos corpos d´água é possível compreender o processo natural.
  46. 46. Consumo de Oxigênio dissolvido após o lançamento de esgotos O fenômeno de autodepuração esta vinculado ao restabelecimento do equilíbrio no meio aquático, por mecanismos essencialmente naturais, após as alterações induzidas pelos despejos.
  47. 47. Balanço do oxigênio dissolvido O oxigênio dissolvido tem sido utilizado tradicionalmente para a determinação do grau de poluição e de autodepuração em cursos d’água. Fatores interagentes no balanço Repercussão mais nociva da poluição de um corpo d’água consequentemente - queda nos níveis de oxigênio dissolvido O impacto é estendido a toda comunidade aquática, e cada redução nos teores de oxigênio dissolvido é seletiva para determinadas espécies.
  48. 48. Balanço do oxigênio dissolvido Existem modelos matemáticos que incorporam os fenômenos no balanço do oxigênio dissolvido.  Consumo de oxigênio: oxidação da matéria orgânica (respiração)  Produção de oxigênio: reaeração atmosférica. A relação que representa as concentrações de OD, e a distancia ou tempo de percurso, ao longo do qual se processam as transformações de ordem bioquímica. Podem ser traduzidas as seguintes informações: 
  49. 49. Balanço do oxigênio dissolvido • • • • • • Identificação das consequências da poluição; Vinculação da poluição com as zonas de autodepuração; Importância relativa do consumo e da produção de oxigênio; Ponto crítico de menor concentração de OD; Comparação entre a concentração crítica de oxigênio no corpo d’água e a concentração mínima estabelecida pela legislação; Local onde o curso d’água volta a atingir as condições desejadas.
  50. 50. Balanço do oxigênio dissolvido Efeito ecológico da poluição orgânica Decréscimo dos teores de oxigênio dissolvido, este decréscimo esta associado a DBO. Como o consumo de oxigênio varia ao longo do tempo, o valor da DBO em dias distintos é diferente. Conceito de DBO representa: Tanto a matéria orgânica quanto o consumo de oxigênio DBO remanescente: concentração de matéria orgânica remanescente na massa líquida em um dado instante. DBO exercida: oxigênio consumido para estabilizar até este instante.
  51. 51. Formulação matemática Curva de depleção do Oxigênio Dissolvido (decréscimo do oxigênio dissolvido na massa líquida) O modelo Streeter e Phelps, aborda unicamente dos aspectos importantes: O consumo de oxigênio pela oxidação da matéria orgânica e a produção de oxigênio pela reaeração atmosférica. É um modelo determinístico e estatístico. Para situação relativamente simples em que se considera apenas a desoxigenação e a reaeração atmosférica no balanço do oxigênio dissolvido.
  52. 52. Modelagem matemática – Streeter e Phelps  • • • • • • • • • • • • Este modelo necessita dos seguintes dados: Vazão do rio, a montante do lançamento; Vazão de esgotos (Qe); Oxigênio dissolvido no rio, a montante do lançamento (ODr); Oxigênio dissolvido no esgoto (ODe); DBO5 no rio, a montante do lançamento (DBOr); DBO5 do esgoto (DBOe) Coeficiente de desoxigenação (k1) Coeficiente de reareação (k2) Velocidade de percurso do rio (V) Tempo de percurso (t) Concentração de saturação de OD (Cs) Oxigênio dissolvido mínimo permissível (ODmin)
  53. 53. Modelagem matemática – Streeter e Phelps O coeficiente de desoxigenação K1 depende do tipo da matéria orgânica e do grau de tratamento, além da temperatura e da presença de outras substâncias. Efluentes tratados, por exemplo, possuem uma taxa de degradação mais lenta, pelo fato da maior parte da matéria orgânica mais facilmente assimilável já ter sido removida, restando apenas a parcela de estabilização mais vagarosa.
  54. 54. Modelagem matemática – Streeter e Phelps O valor da K1 depende da temperatura, pois exerce uma grande influência no metabolismo microbiano. Valores médio de K1 encontram-se apresentados na tabela.
  55. 55. Modelagem matemática – Streeter e Phelps A temperatura tem grande influência no metabolismo microbiano, afetando, as taxas de estabilização da matéria orgânica. A relação empírica entre a temperatura e a taxa de desoxigenação pode ser expressa da seguinte forma: K1T = K1 20° . Ѳ(T-20) Em que: K1T = K1 a uma temperatura T qualquer (d-1); K120° = K1 a uma temperatura T=20°C (d-1) T = temperatura do líquido (°C); Ѳ = coeficiente de temperatura (adimensional) Um valor usualmente empregado de Ѳ é 1,047. Isso significa que o valor de K1 aumenta 4,7 a cada acréscimo de 1°C na temperatura da água.
  56. 56. Modelagem matemática – Streeter e Phelps Exposição da água a um gás, Intercâmbio de moléculas da fase líquida para gasosa e viceversa, este equilíbrio dinâmico define a Concentração de saturação (Cs). Trocas gasosas em um sistema em equilíbrio e em um líquido com deficiência de gás dissolvido Líquido deficiente de gás Sistema em equilíbrio
  57. 57. Modelagem matemática – Streeter e Phelps  Déficit de oxigênio dissolvido D  D0 x e K 2.t Onde: D = déficit de oxigênio dissolvido, ou seja a diferença entre a concentração de saturação (Cs) e a concentração existente em um tempo qualquer, (D=Cs- C); D0 = déficit de oxigênio inicial (mg/l); t = tempo em dias; K2 = coeficiente de reaeração (base e) (dias-1)
  58. 58. Modelagem matemática – Streeter e Phelps O valor do coeficiente de reaeração (k2) de um corpo d’água pode ser determinado por meio de métodos estatísticos. A seleção do valor do coeficiente K2 tem uma maior influência nos resultados do balanço do oxigênio dissolvido do que o coeficiente K1. Existem três métodos para a obtenção de um valor para o coeficiente K2: - Valores médios tabelados - Valores em função das características hidráulicas do corpo d’água; - Valores correlacionados com a vazão do curso d’água descritos pela fórmula K2 = mQn (m e n – coeficientes)
  59. 59. Modelagem matemática – Streeter e Phelps  Valores médios tabelados Corpos d’água mais rasos e mais velozes tendem a possuir maior coeficiente de reaeração, devido, respectivamente, à maior facilidade de mistura ao longo da profundidade e à criação de maiores turbulências na superfície.
  60. 60. Modelagem matemática – Streeter e Phelps  Influência das Coeficiente K2 Características Físicas no Profundidade Elevada profundidade Baixo K2 Baixa profundidade Elevado K2 Velocidade Elevada velocidade Elevado K2 Baixa velocidade Baixo K2
  61. 61. Modelagem matemática – Streeter e Phelps  Valores em função das características hidráulicas do corpo d’água. Pesquisador Fórmula Faixa de aplicação O’Connor e Dobbins (1958) 3,73xV0,5xH-1,5 0,6m ≤ H < 4,0 m 0,05m/s ≤ V < 0,8m/s Churchill et al (1962) 5,0xV0,97xH-1,67 0,6m ≤ H < 4,0 m 0,8m/s ≤ V < 1,5m/s Owens et al (apud Branco, 1976) 5,3xV0,67xH-1,85 0,1m ≤ H < 0,6 m 0,05m/s ≤ V < 1,5m/s V: velocidade do curso d’água; H: altura da lâmina d’água.
  62. 62. Modelagem matemática – Streeter e Phelps  Influência da Temperatura Em dois diferentes estágios: O aumento da temperatura reduz a solubilidade (concentração de saturação) do oxigênio no meio líquido; O aumento da temperatura acelera os processos de absorção de oxigênio (aumento do K2). O efeito da temperatura no coeficiente de reaeração K2 pode ser expressa por: K2T = K2(20) x θ(T – 20)
  63. 63. Modelagem matemática – Streeter e Phelps A taxa de redução da matéria orgânica é proporcional à concentração de matéria orgânica presente em um dado instante de tempo. Equação: DBOt = Lo . e–K1t Em que: DBOt = é a quantidade de oxigênio dissolvido desde o instante inicial até o instante de oxigênio necessário para completar a estabilização da matéria orgânica. K1 = é a constante de desoxigenação que depende do tipo de efluente; T = tempo em dias
  64. 64. Modelagem matemática – Streeter e Phelps O equacionamento de Streeter e Phelps para o cálculo da concentração de OD, combina os processo de reaeração e desoxigenação pelo decaimento da matéria orgânica. Sabe-se que: Ct = Cs –Dt Ct = concentração do oxigênio dissolvido no tempo t (mg/l) Cs = concentração de saturação de oxigênio (mg/l) Dt = déficit inicial de oxigênio dissolvido no ponto de mistura (mg/l)
  65. 65. Modelagem matemática – Streeter e Phelps Cálculo do perfil de oxigênio dissolvido em função do tempo: Ct = Cs - K1 . Lo (e–k1.t – e-k2.t) + (Cs – Co) . e –k2.t k2 – K1 onde: Ct = concentração do oxigênio dissolvido no tempo t (mg/l) Cs = concentração de saturação de oxigênio (mg/l) Co = concentração inicial de oxigênio, logo após a mistura (mg/l) K1 = coeficiente da taxa de desoxigenação (dia -1) K2 = coeficiente da taxa de reaeração (dia-1) Lo = concentração de determinado poluente, no corpo receptor, após a mistura com o despejo (mg/l) Dt = déficit inicial de oxigênio dissolvido no ponto de mistura (mg/l)
  66. 66. Modelagem matemática – Streeter e Phelps Ao longo da curva de OD, um ponto é de fundamental importância: o ponto no qual a concentração de oxigênio atinge o mínimo valor. Esse é denominado o tempo crítico, e a concentração de oxigênio, a concentração crítica. Esgotos Curso d’água OD (mg/l) C Cs o Do Co to Dc Cc tc Pontos característicos da curva de depleção (decréscimo) de OD Tempo (d) ou distância (km)
  67. 67. Equações Representativas a) Concentração e déficit de oxigênio no rio após a mistura com o despejo: D0  Cs - C0 Q r x ODr  Qe x ODe C0  Q r  Qe Onde: C0 =Concentração inicial de oxigênio, logo após a mistura mg/l) D0 = Déficit inicial de oxigênio, logo após a mistura mg/l) Cs =Concentração de saturação de oxigênio Qr = Vazão do rio a montante do lançamento dos despejos (m3/s) Qe = Vazão de esgoto (m3/s) ODr = Concentração de oxigênio dissolvido no rio, a montante do lançamento dos despejos (mg/l) ODe = Concentração de oxigênio dissolvido no esgoto. O Valor de Cs é função da temperatura da água e da altitude
  68. 68. Equações Representativas b) Cálculo da DBO5 e da demanda última no rio após a mistura com o despejo DBO Mistura DBO50 Qr x DBOr  Qe x DBOe   Q r  Qe DBO última da mistura L0  DBO50 x K T Onde: KT  DBOu 1  DBO5 1 - e -5k1 DBO5 = Concentração de DBO5, logo após a mistura (mg/l); L0 = Demanda última de oxigênio, logo após a mistura; DBOe = Concentração de DBO5, do esgoto (mg/l); KT = cte para transformação da DBO5 a DBO última
  69. 69. Equações Representativas c) Cálculo do perfil de oxigênio dissolvido em função do tempo:  K x L0  Ct  Cs -  1 x e -K1 .t - e-K 2 .t  D0 x e-K 2 .t   K 2 K1    d) Cálculo do tempo crítico (tempo onde ocorre a concentração mínima de oxigênio dissolvido  K 2  D0 x K 2 - K1   1 tC  x ln  x 1  K 2  K1 K1  L0 x K1   
  70. 70. Equações Representativas e) Cálculo do déficit crítico e da concentração crítica de oxigênio t d v.86400 f) Tempo de percurso (t) K1 DC  x L 0 x e -K1 .tc K2 ODc  Cs - Dc Tempo de percurso teórico que uma partícula gasta para percorrer um determinado trecho Em função: Velocidade e distância vencida Onde: t = tempo de percurso (d) d = distância percorrida (m) v = velocidade do curso d’água (m/s) 86400 = número de segundo por dia (s/d)
  71. 71. Material consultado     O Balanço De Oxigênio Dissolvido - Prof. Dra Gersina Nobre Da R.C.Junior - Poluição Das Águas Capítulo 5 Consequências Da Poluição Autodepuração Natural Em Cursos D’água Autodepuração - Meio Ambiente Professora Edelma Ad’Água 2.0: sistema para simulação da autodepuração de cursos d’água: manual do usuário. Santos, A. R. et.al Alegre ES. CAUFES, 2010 Phd – 2538 Gerenciamento De Recursos Hídricos Política E Sistema Nacional De Gestão De Recursos Hídricos. O Papel Do Estado E Da Sociedade Civil Organizada. Braga B.P.F.
  72. 72. Material consultado     Esgotamento Sanitário: Qualidade Da Água E Controle Da Poluição: Guia Do Profissional Em Treinamento: Nível 2 / Secretaria Nacional De Saneamento Ambiental (Org). – Salvador: Recesa, 2008. Saneamento De Goiás S/A Diretoria De Produção Operação De Estação De Tratamento De Esgoto - Gerencia De Desenvolvimento De Pessoal Manual De Operacao De Estacao De Tratamento De Esgoto - P-get / P-gte / E-gsh / Pr-gg / P/Sle INTRODUÇÃO A QUALIDADE DAS ÁGUAS E AO TRATAMENTO DE ESGOTO, VOLUME 1, MARCOS VON SPERLING 2ª EDIÇÃO AMPLIADA; 2ª 2006. Editora Ufmg (Publicação Do Desa) Fundação Estadual Do Meio Ambiente . F981o Orientações Básicas Para Operação De Estações De Tratamento De Esgoto / Fundação Estadual Do Meio Ambiente. —- Belo Horizonte: Feam, 2006.
  73. 73. Atividade para reflexão O processo de revitalização de uma bacia hidrográfica envolve, entre outros aspectos, aqueles que dizem respeito ao cuidado com os recursos hídricos da bacia. Nesse sentido, a preservação e recuperação da qualidade dos recursos hídricos requerem a caracterização das fontes de poluição e a identificação dos seus impactos nos corpos de água receptores; o conhecimento da capacidade de autodepuração dos corpos de água; a verificação de ocorrência de eutrofização em lagos e reservatórios etc.
  74. 74. Atividade para reflexão  • • • Tendo o texto acima como referência inicial, elabore um texto que contemple: Quais são os efeitos de despejos orgânicos nas condições sanitárias de águas dos corpos receptores; quais as principais fontes que contribuem com matéria orgânica para os corpos de água; quais são as formas ou parâmetros utilizados para quantificar a matéria orgânica presente em um corpo de água e seus respectivos significados; Defina o que é capacidade de autodepuração de um corpo de água; fatores responsáveis pelo processo de autodepuração estágios do processo de autodepuração; Descreva o processo de eutrofização; causas ou fatores que geram eutrofização; consequências do processo de eutrofização em um corpo de água pode estar sujeito.
  75. 75. Sistema para Simulação da Autodepuração de Cursos D'Água PROGRAMA AD'ÁGUA 2.0 PARA ESTIMATIVA DA AUTODEPURAÇÃO DE CURSOS D'ÁGUA ELABORADO PELO PROF. DR.ALEXANDRE ROSA DOS SANTOS http://www.mundogeomatica.com.br/Programa_Ad% 27%C3%81gua2.0.htm

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