simulação da capacidade de autodepuração

7/24/2019 Simulao Da Capacidade de Autodepurao

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XXX CONGRESO INTERAMERICANO DE INGENIERA SANITARIA Y AMBIENTAL26 al 30 de noviembre de 2006, Punta del Este - Uruguay

ASOCIACIN INTERAMERICANADE INGENIERA SANITARIA Y AMBIENTAL - AIDIS

AUTODEPURAO DE ESCOAMENTOS NATURAIS DE GUAESTUDO DE CASO: DE MODELAGEM MATEMTICA EM UM TRECHO

DO RIBEIRO PRETO, RIBEIRO PRETO-SP.

Rafael Baldini Teles (1)Engenheiro Ambiental formado em 2005 pela Faculdades COC, RibeiroPreto-SP, Brasil. Cursando MBA em Gesto de Empresas e Negcios nasFaculdades COC. Professor responsvel pelos Laboratrios deEngenharia Ambiental das Faculdades COC. Estgio, 2004-2005, noDepartamento de guas e Energia Eltrica do Estado de So Paulo, Brasil.

Alexandre SilveiraEngenheiro Civil formado em 1996 pela Universidade Estadual Paulista,UNESP, Bauru-SP, Brasil. Mestre e Doutor em Hidrulica e Saneamento

pela Universidade de So Paulo - USP. Professor Doutor da UniversidadeFederal de Mato Grosso UFMT, Cuiab-MT, Brasil desde 2005.Responsvel pela rea de Hidrulica e Recursos Hdricos doDepartamento de Engenharia Sanitria e Ambiental. Ps doutorando naEscola de Engenharia de So Carlos (USP)

Endereo (1):Rua Antonino Pagano, 334 Jardim Iguatemi Ribeirao Preto So Paulo,CEP: 14091-500, Brasil Tel:. (00+55+16+36245028) e-mail: [email protected]

RESUMO

Este trabalho apresenta uma simulao da capacidade de autodepurao em um trecho doRibeiro Preto, Ribeiro Preto-SP-Brasil, utilizando o modelo de Streeter-Phelps. A simulao

do modelo comparada com os dados experimentais medidos em campo de oxigniodissolvido (OD) e da demanda bioqumica de oxignio (DBO). Os resultados obtidosapresentam o grau de poluio do corpo dgua, assim como qual seria o comprimento que ocorpo dgua deveria possuir para que apenas por processos naturais recuperasse os nveisadequados de OD e DBO. O trabalho tambm sugere que o uso do modelo Streeter-Phelpsno seja adequado para simulaes de qualidade de gua em trechos urbanos de corposdgua, principalmente os mais poludos.

PALAVRAS-CHAVE: autodepurao, escoamentos de guas, Streeter-Phelps.


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INTRODUO

O crescimento populacional desacelerado, o desenvolvimento industrial e outras atividadeshumanas exigem cada vez mais o uso da gua. Esta crescente demanda por gua, acarretaa gerao de resduos lquidos que so muitas vezes lanados in natura nos corpos hdricos,alterando assim suas caractersticas naturais. O lanamento de um efluente lquido em umrio provoca um consumo de OD. So necessrios teores mnimos de OD nos rios para a

existncia da biodiversidade do corpo hdrico.O presente trabalho tem como finalidade modelar o consumo de OD e remoo da DBO emum trecho do Ribeiro Preto aps lanamentos pontuais de efluentes, para determinao dealteraes fsicas, qumicas e biolgicas do rio. Esse consumo de OD e remoo de DBOpode ser caracterizado como sendo um fenmeno de autodepurao, que consiste em umprocesso natural de recuperao de um curso dgua, aps ocorrncia de interfernciasexternas. Essa autodepurao causada por microrganismos presentes no corpo hdricoque, degradam a matria orgnica lanada e conseqentemente consomem o oxigniodissolvido presente no meio lquido. Aps a total degradao da matria, o curso dguatende a se recuperar naturalmente, voltando s suas condies anteriores conforme mostra aFigura 1.

OBJETIVO

O objetivo geral deste trabalho foi determinar a capacidade de autodepurao em um trechode um curso dgua natural, utilizando o modelo de Streeter-Phelps.

Os objetivos especficos so:

Buscar em literaturas, valores para os parmetros que servem como dados de entrada domodelo de Streeter-Phelps. So dois os principais parmetros a serem valorados: K1[Coeficiente de Desoxigenao Relacionado com a temperatura, dita a velocidade deconsumo e recuperao do Oxignio Dissolvido]; e K2 (Coeficiente de Reaerao Relacionado s caractersticas do corpo dgua).

Realizar medidas de OD e de DBO para auxlio na determinao dos parmetrosnecessrios.

Modelagem e simulao de cenrios possveis para a melhoria da qualidade de gua dotrecho em questo.


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REA DE ESTUDO

O Ribeiro Preto abrange uma bacia hidrogrfica de aproximadamente 346 km, tendo suasprimeiras nascentes situadas na cidade de Cravinhos-SP, a uma altitude aproximada de 840 metros.Ao longo de seu curso principal, a bacia drena as reas urbanas dos municpios de Cravinhos-SP eRibeiro Preto-SP, alm do distrito de Bonfim Paulista-SP, e sua foz situa-se no rio Pardo, conformepode ser observado na Figura 2.

Figura 2 Localizao da micro-bacia do Ribeiro Preto rea em Estudo

O estudo foi realizado em um trecho do rio Ribeiro Preto (Figura 3), em uma extenso deaproximadamente 1000 metros e uma largura prxima aos 10 metros.

Figura 3 Localizao e caractersticas do trecho em estudo


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METODOLOGIA

Modelagem Matemtica Modelo De Streeter-Phelps

O modelo visa analisar, teoricamente, como o consumo de oxignio dissolvido, se comportaao longo do espao e do tempo, aps o lanamento de efluente. Para isso, necessrio seconhecer alguns aspectos importantes para que se possa aplicar corretamente o modelo.

Alguns dos aspectos principais so: Vazo do rio; Vazo do lanamento de efluente; DBO e OD do rio; DBO do efluente; Coeficiente de Desoxigenao (K1) e o Coeficiente de Reaerao (K2); Caractersticas da bacia hidrogrfica de estudo; Temperatura (gua).

Com posse dessas informaes, o processo de clculo do modelo se d atravs da seguinteequao, em funo do tempo:

em que:

Ct= Concentrao de oxignio ao longo do tempo (mg/L);Cs= Concentrao de saturao de oxignio (mg/L);L0= DBO remanescente em t=0 (mg/L);D0= Dficit de oxignio inicial (mg/L).

Anlise das Amostras

Foram realizadas seis amostras, sendo trs do corpo hdrico e outras trs de lanamentosexistentes, conforme j indicados os pontos na Figura 3. Durante a realizao das coletas,foram medidos, ainda em campo, temperaturas (rio, lanamento e ar) e pH (rio e lanamento)e com as amostras devidamente armazenadas, foram realizadas anlises laboratoriais paradeterminao dos nveis de OD e DBO. Essas amostras foram encaminhadas e analisadasjunto ao laboratrio da Companhia de Tecnologia de Saneamento Ambiental, ligada Secretaria do Meio Ambiente do governo de So Paulo (CETESB).

RESULTADOS

Os principais resultados da anlise das amostras, pode ser visto na tabela 01 a seguir, ondeos pontos de amostragem j esto indicados na Figura 3. Estes resultados so utilizadoscomo dados de entrada no modelo.

Tabela 01 AmostragemPonto de

AmostragemConcentrao de OD da amostra

(mg/L)Concentrao de DBO da amostra

(mg/L)1 1,5 82 0,0 1233 0,0 1414 0,0 1525 0,9 116 1,5 20


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A vazo do corpo hdrico e dos efluentes foi medida e os resultados obtidos podem ser vistosna Figura 4, que representa um resumo dos resultados obtidos, ou seja, os dados de entradapra aplicao da equao 1.

Figura 4 Esquema do resumo dos Dados de Entrada

Aplicao da Modelagem

Com o conhecimento dos dados de entrada necessrios para aplicao do modelo, atravsda equao 1, obteve-se os seguintes resultados, expressos pela tabela 02 e Figura 5 aseguir:

Tabela 02 Perfi l de OD para diferente tempo (d) e dis tncia (m)Distncia (metros) Tempo (dias) Concentrao de OD Ct(mg/L)

0 0,00000 1,500250 0,01447 1,500500 0,02894 1,500720 0,04167 1,500730 0,04225 1,451750 0,04340 1,449800 0,04630 1,446820 0,04745 1,445825 0,04774 1,388850 0,04919 1,387

900 0,05208 1,384950 0,05498 1,380955 0,05527 1,318980 0,05671 1,3171000 0,05787 1,315

Figura 5 Perfil de OD no curso dgua ao longo do trecho


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CONSIDERAES

Para que o modelo de Streeter-Phelps seja representativo, preciso que algumasconsideraes sejam feitas.

Supostos lanamentos de esgoto existentes no encontrados visualmente

No foram visualmente encontrados pontos de lanamento de esgoto nos primeiros 700metros no trecho de estudo, mas bem provvel que esses lanamentos existam. Devido spssimas condies das margens do rio, com trechos desbarrancados ou cobertos devegetao, ficou impossvel avaliar visualmente se h ou no lanamento nesses pontos.Assim, foi considerado que no trecho de 0 a 700m no havia lanamentos de nenhum tipo deefluente.

Coeficientes

Desoxigenao (K1) Para se ter um valor preciso do coeficiente de desoxigenao,seria preciso obter-se o valor de forma experimental, ou seja, atravs de anliseslaboratoriais. No sendo possvel obter um valor experimental, foi adotado o valor (0,42d -1)presente em literatura (Von Sperling, 1996). Deste modo pode existir diferena entre o valorreal (medido) e o valor adotado par o trecho em estudo.

Reaerao (K2) O coeficiente de reaerao de extrema importncia para aadequada simulao do modelo. Porm, no existe um valor universal a ser utilizado para K2,e sua determinao para que o modelo simule a situao real, uma da tarefa objeto detrabalho de diversos pesquisadores. A literatura apresenta diversos valores para o coeficientede acordo com as caractersticas hidrulicas do escoamento. Mesmo em escoamentos comcaractersticas semelhantes, possvel se obter valores (0,37 6,94d-1) bem diferentes paraK2, fazendo com que a aplicao do modelo apresente bastante diferena no resultado finalde acordo com o valor adotado.

SIMULAES

Como o intervalo possvel para o valor a ser adotado para o coeficiente K2 bastante amplo,foram feitas simulaes com diferentes valores para o coeficiente de reaerao.

Valores mximos: (6,94d-1)Adotando o valor mximo para K2 em todos os trechos, obtm-se um grau de recuperao donvel de OD bastante elevado ao longo do curso dgua, com picos de recuperao aindamais elevados nos pontos de mistura e de amostragem, conforme apresentado na Figura 6.

Figura 6 Perfil de OD com valores mximos para K2


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Valores intermedirios (3,5 d-1)Considerando e adotando um valor intermedirio para K2 em todos os trechos, observa-seque o modelo apresenta um grau de recuperao considervel, com picos significativos nospontos de mistura aps lanamento de efluentes e nos pontos onde houve anlise daqualidade do rio. Assim sendo, obtm-se o perfil de OD representado pela Figura 7 a seguir:

Figura 7 - Perfil de OD com valores intermedirios para K2

Valores adotadas

Considerando valores para K2 de 0,1d-1 em todos os diferentes trechos, nota-se que o perfilde OD apresentado (Figura 8) o que mais representa a realidade, comparando com os

dados experimentais.Porm, esse valor adotado no se encontra dentro da faixa limite estabelecida por valorestabelados presentes em literatura, de acordo com as caractersticas do curso dgua. Assim,nota-se a importncia de se obter experimentalmente os valores para os coeficientes a seremutilizados pelo modelo.

Figura 8 - Perfi l de OD que mais se assemelha com a realidade amostrada


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Distncia de recuperao aos nveis mnimos exigidos

Considerando a simulao representada pela Figura 8, a que mais representou os valoresamostrados, adota-se K2 como sendo igual a 0,1d-1.Considerando esse valor para o coeficiente de reaerao (K2) e que, aps o 3 lanamentono haja presena de mais nenhum lanamento de efluentes a jusante, o curso dguaapresentar uma queda em seus nveis de Oxignio Dissolvido at atingir um nvel nulo (OD= 0,0mg/l), 7,5km aps o ltimo lanamento, mantendo esse valor nulo at a distncia de132,5km, onde comea novamente a se recuperar e somente no 187,5km que o corpodgua ir atingir o nvel mnimo desejado de OD que de 2mg/L, segundo ResoluoCONAMA 357/05.

Porm, a extenso do Ribeiro Preto, do trecho em estudo at o rio Pardo, sua foz, deaproximadamente 13 Km, ou seja, quando o Ribeiro Preto desaguar no rio Pardo, de acordocom o modelo e suas consideraes, seu teor de OD apresentar nveis iguais a zero,conforme mostra a figura 9 a seguir:

Figura 9 Distncia de recuperao dos nveis de OD ao longo do curso dgua

CONCLUSO

Com a realizao de um levantamento prvio de possveis reas do Ribeiro Preto a seaplicar o modelo, foi possvel escolher um trecho de fcil acesso, com presena de pontos

estratgicos para determinao de parmetros necessrios como velocidade, seotransversal do Ribeiro Preto e conseqente vazo do rio, alm de ser um trecho queapresenta lanamento de efluentes, fato fundamental para aplicao do modelo. Porm suascondies ao longo de seu curso, principalmente em suas margens, no permitiam umamaior aproximao alm de, em alguns pontos, no possibilitar nem uma anlise visual desuas reais caractersticas, como por exemplo, presena de lanamentos de esgoto, devido spssimas condies encontradas nas margens como presena de eroso.

Sendo assim, algumas incertezas surgiram durante a realizao do trabalho e principalmentedurante a gerao e anlise dos resultados obtidos atravs do modelo. De acordo comalguns resultados do modelo e suas simulaes, pode-se notar que o modelo gerou um tipode cenrio que no condiz com a situao real estudada, de que existem outros lanamentosno considerados, mas que em um primeiro instante no era passvel de uma determinao.


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Essa confirmao s foi possvel depois que houve uma limpeza nas margens do rio, poriniciativa da prefeitura, tornando visvel alguns pontos de lanamento de efluentesanteriormente no visualizados e conseqentemente no mensurados, esclarecendo assimalgumas incertezas apresentadas e possivelmente explicando o porqu de alguns problemasque o modelo apresentou em seus resultados, tendo assim que ser desconsiderados esubstitudos por suposies.

O modelo de Streeter-Phelps um modelo simples, uma vez que para sua determinao,so considerados apenas, como valores de entrada, os parmetros de OD e de DBO, almdo fato de considerar o sistema como mistura completa. Porm, para que o modeloapresente resultados satisfatrios, necessrio que o curso dgua se encontre em boascondies antes do lanamento, para que possa haver aps o despejo, o processo deautodepurao e o conseqente consumo de OD e uma posterior recuperao dos nveis deoxignio. No caso do trecho analisado, o rio j se apresentava com condies deplorveis,fazendo que o lanamento no exercesse uma grande interferncia negativa. O RibeiroPreto apresenta, desde seu trecho de anlise a montante, uma concentrao muito baixa deOxignio Dissolvido. Pode-se notar que, mesmo aps os 3 lanamentos mensurados, omodelo ainda continua apresentado uma taxa de declnio quanto ao seu nvel de OD aolongo do curso dgua, isso considerando o modelo da Figura 8 que foi o que mais seassemelhou com os pontos analisados. Essa continuidade de consumo de oxignio aps oslanamentos conseqncia da elevada carga orgnica que o rio chega at atingir o trechode estudo. Sendo assim, as entradas pontuais de efluentes a jusante no so os maioresviles de degradao do oxignio dissolvido do rio, eles iro apenas retardar um pouco maisa recuperao desse perfil de OD. Portanto, no cabe propor somente ao trecho de anlise,um tratamento dos efluentes, tendo em vista que somente isso no seria o suficiente paraminimizar os impactos. O ideal que fossem localizados todas as fontes poluidorasexistentes a montante do trecho de estudo e fossem propostas alternativas de tratamento detodos os efluentes lanados junto bacia do Ribeiro Preto.

Outro ponto importante para que o modelo simule de forma satisfatria e coerente, de acordocom as condies reais do ponto de estudo, com relao aos coeficientesadotados/medidos. Uma devida determinao para os coeficientes, principalmente para ocoeficiente de reaerao, de extrema importncia para que o modelo seja utilizado comxito. O coeficiente de reaerao (K2) fator primordial no modelo e interfere no grau derecuperao (ou no) que o curso dgua ir apresentar com relao aos nveis de OD.Utilizando diferentes valores, a partir de bibliografias existentes para adoo dessecoeficiente, os valores passveis de serem utilizados, de acordo com as refernciasconsultadas, situam-se numa faixa bastante ampla, onde o modelo ir apresentar resultadosdiferentes de acordo com o valor do coeficiente adotado. Assim sendo, a forma maiscoerente de se utilizar um valor para K2, atravs da obteno experimental de seu valor.

Outro fator que deve ser comentado quanto aos enquadramentos dos corpos dgua.Atravs do trabalho, pode-se notar que, nem mesmo o fato de o Ribeiro Preto serenquadrado como um rio de Classe 4, o faz atender os limites mnimos necessrios exigidospor lei, segundo Resoluo CONAMA 357/05, que limita o OD mnimo de 2,0mg/l.

AGRADECIMENTO

Este trabalho foi realizado com o apoio das Faculdades COC, Ribeiro Preto-SP.


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REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS

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simulação da capacidade de autodepuração

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