Autodepuração
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UNIVERSIDADE FEDERAL DE MINAS GERAIS
ESCOLA DE ENGENHARIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA SANITRIA E AMBIENTAL
CONTROLE AMBIENTAL
Aula 5: Autodepurao
Profa.: Mriam Cristina Santos Amaral
Maro/2015
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Contedo
Introduo
Balano de oxignio
Cintica de desoxigenao
Cintica de reaerao
Modelo Streeter-Phelps
Controle da poluio por matria orgnica
-
Introduo
Poluio por matria orgnica e autodepurao dos corpos
de gua
Autodepurao = restabelecimento natural do equilbrio no meio
aqutico
Lanamento de matria
orgnica nos corpos de gua
Consumo de oxignio
dissolvido
-
Introduo
Poluio por matria orgnica e autodepurao dos corpos
de gua
Utilizar a capacidade de assimilao dos rios;
Impedir o lanamento de despejos acima do limite que os corpos de
gua conseguem assimilar
Objetivos da autodepurao
-
Autodepurao
-
Autodepurao
-
Autodepurao
-
Autodepurao
-
Autodepurao
-
Autodepurao
-
Balano de oxignio
Consumo de oxignio
17
Oxidao da matria orgnica
Demanda bentnica
Nitrificao
Produo de oxignio
Reaerao atmosfrica
Fotossntese
-
Cintica de desoxigenao
Progresso temporal da oxidao da matria orgnica
-
Cintica de desoxigenao
Progresso temporal da oxidao da matria orgnica
reao de primeira ordem
Em que:
L=concentrao de DBO remanescente (mg/l)
t=tempo (dia)
K1 ou Kd=coeficiente de desoxigenao (dia-1)
Integrando entre os limites: L = L0 e L = Lt ; t = t0 e t = tt
-
Cintica de desoxigenao
Coeficiente de desoxigenao K1
caractersticas de matria orgnica;
Temperatura
presena de substncias interferentes
Valores tpicos do coeficiente de desoxigenao K1
-
Cintica de desoxigenao
Influncia da temperatura nos valores dos coeficientes de
desoxigenao K1
Em que:
K1T=K1 a uma temperatura T qualquer (d-1)
K120=K1 a uma temperatura T=20C (d-1)
T=temperatura do lquido (C)
=coeficiente de temperatura (-) (Valor usual para : 1,047)
-
Cintica de reaerao
-
Cintica de desoxigenao
Progresso temporal do dficit e da concentrao de
oxignio dissolvido
reao de primeira ordem
Em que:
D=dficit de OD (Cs- Ct) (mg/l)
t=tempo (dia)
K2=coeficiente de reaerao (base e) (dia-1)
Integrando entre os limites: D = D0 e D = Dt ; t = t0 e t = tt
-
Cintica de reaerao
Progresso temporal do dficit e da concentrao de
oxignio dissolvido
-
Cintica de reaerao
Coeficiente de reaerao K2
-
Cintica de reaerao
Coeficiente de reaerao K2
Valores tpicos de K2(base e, 20C)
-
Cintica de reaerao
Coeficiente de reaerao K2
Valores de K2 de acordo com modelos baseados em dados hidrulicos do corpo de gua
V= velocidade do curso de gua (m/s); H = altura da lmina de gua (m)
-
Cintica de reaerao
Influncia da temperatura nos valores dos coeficientes de
desoxigenao K2
Em que:
K2T=K2 a uma temperatura T qualquer (d-1)
K220=K2 a uma temperatura T=20C (d-1)
T=temperatura do lquido (C)
=coeficiente de temperatura (-) (Valor usual para : 1,024)
-
Modelo de Streeter-Phelps
Fenmenos interagentes no balano de OD
Desoxigenao
Reaerao atmosfrica
Condies:
Cargas pontuais
Condies aerbias
Fluxo em pisto
-
Modelo de Streeter-Phelps
-
Modelo de Streeter-Phelps
Taxa de consumo = consumo de OD produo de OD
Integrando:
Considerando que Ct = Cs- Dt
-
Modelo de Streeter-Phelps
Mistura efluente - rio
-
Equaes: Mistura efluente - rio
1. Concentrao e dficit de oxignio aps despejo
2. DBO5 e DBOu aps despejo
Modelo de Streeter-Phelps
-
Modelo de Streeter-Phelps
Tempo crtico
-
Modelo de Streeter-Phelps
Dficit crtico
Concentrao crtica de oxignio
-
Modelo de Streeter-Phelps - Exemplo
Uma dada cidade faz o lanamento de seu esgoto em um rio. A montante do
ponto de lanamento o rio no apresenta nenhuma contribuio pontual
representativa de efluentes. Calcular o perifl de OD at a confluncia com
o rio principal e apresentar as alternativas de tratamento de esgotos para o
controle da poluio no curso de gua.
Dados:
1. Caractersticas dos esgotos:
Vazo mdia = 0,1 m3/s;
Concentrao de DBO = 360 mg/L
2. Caractersticas da bacia hidrogrfica:
rea de drenagem a montante do ponto de lanamento = 400 km2
Descarga especfica do curso de gua = 2,5 L/s.km2
-
Modelo de Streeter-Phelps - Exemplo
Dados:
3. Caractersticas do rio:
Classificao: classe 2
Altitude: 750 m
Temperatura da gua: 20C
Profundidade mdia: 1,2 m
Velocidade mdia: 0,38 m/s
Distncia percorrida da jusante do lanamento at o rio principal:
60 km.
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Modelo de Streeter-Phelps - Exemplo
Resoluo:
I. Obteno dos dados de entrada:
-
Modelo de Streeter-Phelps - Exemplo
Resoluo:
I. Obteno dos dados de entrada:
a) Vazo do rio (Qr):
Dado: Qresp. = 2,5 L/s.km2 e A = 400 km2
Qr = Qresp. x A
Qr = 2,5 L/s.km2 x 400 km2
Qr = 1000 L/s = 1 m3/s
b) Vazo de esgoto (Qe)
Qe = 0,1 m3/s
-
Modelo de Streeter-Phelps - Exemplo
Resoluo:
I. Obteno dos dados de entrada:
c) Concentrao de saturao de oxignio e OD no rio (ODr)
Rios limpos: 80 a 90% da Cs
Cs = (20 C e 750 m de altitude)
Cs = 8,4 mg/L
Odr = 0,9 x Cs
ODr = 0,9 x 8,4 mg/L
ODr = 7,56 mg/L
-
Modelo de Streeter-Phelps - Exemplo
Resoluo:
I. Obteno dos dados de entrada:
d) Oxignio dissolvido no esgoto (ODe)
Esgotos brutos = 0 mg/l
Esgotos tratados:
-Tratamento primrio: OD = 0 mg/l.
-Tratamento anaerbio: OD = 0 mg/l.
-Lodos ativados, filtros biolgicos percoladores e
sistemas aerbios similares: OD a 2 mg/l
-Lagoas facultativas: OD = 4 a 6 mg/l.
Aerao do efluente
-
Modelo de Streeter-Phelps - Exemplo
Resoluo:
I. Obteno dos dados de entrada:
e) DBO no rio (DBOr)
DBOr = 2 mg/L
b) DBO do esgoto (DBOe)
DBOe = 360 mg/L
-
Modelo de Streeter-Phelps - Exemplo
Resoluo:
I. Obteno dos dados de entrada:
f) Coeficiente de desoxigenao (K1)
K1 = 0,4 d-1 T = 20C
-
Modelo de Streeter-Phelps - Exemplo
Resoluo:
I. Obteno dos dados de entrada:
g) Coeficiente de Reaerao (K2)
Profundidade = 1,2 m Velocidade do curso de gua = 0,38 m/s
K2 = 3,73 x v0,5 x H-1,5
K2 = 3,73 x 0,380,5 x 1,2-1,5
K2 = 1,74 d-1
-
Modelo de Streeter-Phelps - Exemplo
Resoluo:
I. Obteno dos dados de entrada:
h) OD mnimo permissvel
Classe do corpo de gua: classe II
OD min = 5 mg/L
Classe OD mnimo (mg/L)
1 6
2 5
3 4
4 2
RESOLUO CONAMA N 357, DE 17 DE MARO DE 2005
-
Modelo de Streeter-Phelps - Exemplo
Resoluo:
II. Obteno dos dados de sada:
a) Concentrao de oxignio na mistura (Co)
b)Dficit de oxignio
Lmgxx
QQ
xODQxODQC
er
eerro /87,6
1,00,1
01,056,70,1
LmgCCD oSo /52,187,64,8
-
Modelo de Streeter-Phelps - Exemplo
Resoluo:
II. Obteno dos dados de sada:
b) Concentrao da DBO ltima da mistura (DBOu)
Lmg
xx
QQ
xDBOQxDBOQDBO
er
eerro /09,29
1,00,1
3001,00,20,15
LmgxKxDBODBOL tuo /68,3416,109,295
16,11
1
1
14,0.55
51
eeDBO
DBOK
K
uT
-
Modelo de Streeter-Phelps - Exemplo
Resoluo:
II. Obteno dos dados de sada:
c) Tempo crtico (tc)
d) Distncia crtica
10
120
1
2
12 .
).(1.ln.
1
KL
KKD
K
K
KKtc
kmmd
sdsmvtd cc 1,32096.32
86400.97,0./38,0.
dtc 97,04,0.68,34
)4,074,1.(52,11.
4,0
74,1ln.
4,074,1
1
-
Modelo de Streeter-Phelps - Exemplo
Resoluo:
II. Obteno dos dados de sada:
e) Dficit crtico de oxignio (Dc):
f) Concentrao crtica de OD (Odc):
LmgeeLK
KD c
tK
c /4,5.68,34.74,1
4,0.. 97,0.4,0
.
0
2
1 1
LmgDCOD csc /0,34,54,8
-
Modelo de Streeter-Phelps - Exemplo
Resoluo:
II. Obteno dos dados de sada:
e) Perfil de oxignio dissolvido ao longo do tempo e distncia
para d = 5 km
tKtKtKost eDee
KK
LKCC
.
0
..
12
1 221 .).(.
tttt eeeC
.74,1.74,1.4,0 .94,1).(4,074,1
68,34.4,04,8
dssv
dt 15,0
86400
1.
38,0
5000
86400
1.
LmgeeeCt /11,5.94,1).(4,074,1
68,34.4,04,8 15,0.74,115,0.74,115,0.4,0
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Modelo de Streeter-Phelps - Exemplo
Resoluo:
II. Obteno dos dados de sada:
e) Perfil de oxignio dissolvido ao longo do tempo e distncia
d (km) t (d) Ct (mg/L)
0 0,00 6,46
5 0,15 5,11
10 0,30 4,19
15 0,46 3,58
20 0,61 3,20
40 1,22 3,05
50 1,52 3,37
60 1,83 3,77
0
1
2
3
4
5
6
7
0 10 20 30 40 50 60 70
OD
(m
g/L
)
Distncia (km)
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Controle de poluio por matria orgnica
Tratamento dos efluentes;
Regularizao da vazo do curso de gua;
Aerao do curso de gua;
Aerao dos efluentes tratados;
Adoo de outros usos para o corpo de gua.