Modelos de Qualidade de Água

1. Modelos de Qualidade de Água Prof. Leonardo Fernandes Fraceto

2. Previsão do Déficit de Oxigênio Dissolvido

3. Processo de Autodepuração

4. Desoxigenação • L = concentração de DBO remanescente (mg/L) • t = tempo (dia) • K1 = coeficiente de desoxigenação (dia-1) • Lo = DBO remanescente inicial (mg/L)

5. Exemplo

6. Desoxigenação • O coeficiente de desoxigenação, K1, depende: • Características da matéria orgânica • Temperatura • Presença de substâncias inibidoras • OBS: efluentes tratados possuem valores menores para K1 , pelo fato da maior parte da M.O. mais facilmente degradável já ter sido removida.

7. Valores típicos de K1 (dia-1)

8. Consumo de Oxigênio para diferentes valores de K1 DBOexercida K1=0,25/d K1=0,10/d Tempo (dias)

9. Desoxigenação • Influência da temperatura O valor típico de θé 1,047

10. Reoxigenação • Cinética Cs = concentração de oxigênio para a saturação C = concentração de oxigênio existente em um tempo t (mg/L)

11. Exemplo

12. Reoxigenação • Coeficiente de reoxigenação superficial, K2 • A determinação de K2 para os rios e lagos é diferente do método em laboratório • Tabelas de valores típicos • Fórmulas empíricas baseadas nos parâmetros hidráulicos do escoamento (velocidade e profundidade)

13. Influência de características físicas no coeficiente K2

14. Fórmulas empíricas para K2 K2 (dia-1) V = Velocidade média do curso d´água (m/s) H = Altura média da lâmina d´água (m)

15. Efeito de esgotos em ecossistemas aquáticos • Muitas equações e programas de computadores estão disponíveis para avaliar a qualidade de águas em rios • O modelo mais conhecido é o descrito por Streeter e Phelps • Adição de esgoto em cursos d´água tipicamente causa uma diminuição de O2, seguido de um gradual aumento na quantidade de oxigênio dissolvido por processo de reaeração

16. Modelo de Streeter-Phelps Cs = concentração de oxigênio para a saturação C = concentração de oxigênio existente em um tempo t (mg/L) Co = concentração inicial de oxigênio, logo após a mistura (mg/L)

17. Exemplo

18. Perfil de OD em função do tempo

19. Modelo de Streeter-Phelps Cs = concentração de oxigênio para a saturação (mg/L) Co = concentração inicial de oxigênio, logo após a mistura (mg/L) C = concentração de oxigênio existente em um tempo t (mg/L) Lo = DBO inicial em mg/L X=distância a jusante V=velocidade do rio

20. Modelo de Streeter-Phelps O.D. (mg/L) Limite tc Tempo (d)

21. Modelo de Streeter-Phelps Lo = DBO remanescente em t=0 (mg/L) Do = Déficit de oxigênio inicial (mg/L)

22. Modelo de Streeter-Phelps OD = ODs – ODapós lançamento Obtido a partir da temperatura da água e altitude Obtido a partir das características do rio e efluente

23. Modelo de Streeter-Phelps • Concentração de OD no rio após a mistura com o efluente. Qr = vazão do rio Qe = vazão do esgoto ODr = oxigênio dissolvido no rio ODe = oxigênio dissovido no esgoto

24. Modelo de Streeter-Phelps • Concentração da DBO no rio após a mistura com o efluente.

25. Modelo de Streeter-Phelps • Dados de entrada • Vazão do rio Qr • Vazão de esgotos Qe • OD no rio, a montante do lançamento ODr • OD no esgoto Ode • DBO rio, a montante do lançamento DBOr • DBO do esgoto DBOe • K1 e K2 • Velocidade média do rio • OD saturação • OD mínimo permissível (Conama 20)

26. Exemplo • Características do rio • Q=0,50m3/s • OD = 2,0 mg/L • DBOo = 3,0 mg/L • Características do esgoto • Q = 0,17m3/s • OD = 2,0 mg/L • DBOo = 40 mg/L • Constantes • K1 = 0,26/d • K2 = 0,42/d

27. Solução DBO OD

28. Perfil de OD em função do tempo

29. Atividade

30. Exercício de aplicação do modelo de Streeter-Phelps Uma cidade e uma indústria lançam em conjunto os seus efluentes não tratados em um curso de água. Após o lançamento, o curso de água percorre 70 km até atingir o rio principal. Lançamento de esgoto Rio Principal Curso d’água secundário (tributário) 70 km

31. Exercício de aplicação do modelo de Streeter-Phelps • Calcular o perfil de OD até a confluência com o rio principal • Verificar se o lançamento provocará OD menor que o da classe do rio • Se necessário, apresentar alternativas para o tratamento de esgoto • Calcular e plotar os perfis de OD para as alternativas apresentadas

32. Exercício de aplicação do modelo de Streeter-Phelps Dados • Características dos esgotos • Vazão média: 0,15 m3/s • DBO5: 300 mg/L • Características do rio • Vazão do rio: 0,8 m3/s • Classe do corpo d’água: classe 2 (5mg/L) • Temperatura da água: 25oC • Profundidade média: 1,0m • Velocidade média: 0,4 m/s • DBO5: 2 mg/L • Altitude: 1000m (7,8 mg/L)