Apostila_Lagos e Reservatórios_Qualidade Da Água - O Impacto Da Eutrofização
DRENAGEM URBANA E CONTROLO DA POLUIÇÃO · EUTROFIZAÇÃO 5.1 – Mecanismos básicos de...
-
Upload
nguyenliem -
Category
Documents
-
view
237 -
download
0
Transcript of DRENAGEM URBANA E CONTROLO DA POLUIÇÃO · EUTROFIZAÇÃO 5.1 – Mecanismos básicos de...
DRENAGEM URBANA E CONTROLO DA POLUIÇÃO
Objectivos Principais da disciplina:
Controlo da poluição
Dominar os conceitos das principais grandezas físicas utilizadas na caracterização da qualidade da água;
As origens e tipos de poluição e os seus efeitos;
Quadro institucional, legal e normativo;
Modelar o oxigénio dissolvido em meios hídricos e os processos de poluição bacteriológica;
Caracterizar os diferentes tipos de meios hídricos (rios, estuários e lagos).
Conceber e dimensionar emissários submarinos e difusores.
Drenagem Urbana
Conceber e dimensionar infra-estruturas de drenagem urbana pluvial, unitárias e pseudo-separativas;
Bacias de Amortecimento;
Soluções de Controlo na Origem.
2 DUCP, Setembro 2012
DRENAGEM URBANA E CONTROLO DA POLUIÇÃO 1.INTRODUÇÃO
1.1 – Engenharia e qualidade da água
1.2 – Grandezas fundamentais
1.3 – Conceito de carga poluente admissível
2. RIOS E CURSOS DE ÁGUA
2.1 – Balanço de massa na zona da descarga
2.2 – Evolução de substâncias conservativas a jusante da descarga
2.3 – Evolução de substâncias com reacção de 1ª ordem
3.BALANÇO DE OXIGÉNIO DISSOLVIDO EM CURSOS DE ÁGUA
3.1 – Conceitos
3.2 - Carência de oxigénio
3.3 - Rearejamento das massas de água
3.4 - Respiração e fotossíntese
3.5 - Modelos matemáticos. Formulação de Streeter-Phelps
4.A ÁGUA COMO RECURSO NATURAL
4.1 -Caracterização físico-química
4.2 - Caracterização biológica
4.3 -Noções de biologia aquática
4.3.1 - Estrutura trófica
4.3.2 - Nos cursos de água
4.3.3 - Nos lagos e albufeiras
5. EUTROFIZAÇÃO
5.1 – Mecanismos básicos de eutrofização
5.2 – Significado do rácio N/P
3 DUCP, Setembro 2012
Programa sumário da
disciplina (Slide 1#3):
DRENAGEM URBANA E CONTROLO DA POLUIÇÃO
6. ASPECTOS INSTITUCIONAIS E LEGAIS.
6.1 - Quadro normativo da qualidade da água
7. INDICADORES BACTERIOLÓGICOS, ORGANISMOS PATOGÉNICOS E VÍRUS
7.1 - Fontes de Microorganismos
7.2 - Decaimento de Microrganismos
7.3 - Comportamento nos diversos meios receptores
8. EMISSÁRIOS SUBMARINOS
8.1 – Introdução
8.2 - Campo próximo e campo afastado
8.3 - Diluição inicial (campo próximo)
8.3.1 - Jactos e plumas
8.3.2 - Efeitos da estratificação do meio receptor
8.4 - Dispersão da mancha poluente no campo afastado
4 DUCP, Setembro 2012
Programa sumário da
disciplina (Slide 2#3):
DRENAGEM URBANA E CONTROLO DA POLUIÇÃO
9. INTRODUÇÃO À DRENAGEM URBANA
9.1 Tipos de sistemas de drenagem urbanos: vantagens e inconvenientes
9.2 Componentes dos sistemas
10.SISTEMAS DE DRENAGEM DE ÁGUAS PLUVIAIS
10.1 Aspectos quantitativos e qualitativos e principais preocupações
10.2 Concepção e constituição dos sistemas
10.3 Implantação do sistema: traçado da rede de drenagem pluvial e definição de bacias e sub-bacias
10.4 Cálculo de caudais pluviais
10.5 Dimensionamento hidráulico de colectores: critérios de projecto e procedimento de cálculo
10.6 Dispositivos interceptores
10.7 Bacias de retenção
10.8 Câmaras drenantes
11. MODELAÇAO DO COMPORTAMENTO DINÂMICO DE SISTEMAS DE SANEAMENTO
11.1 Introdução
11.2 Etapas do processo de modelação
11.3 Princípios de modelação matemática do comportamento de sistemas de drenagem
11.4 Caracterização sumária de modelos existentes
11.5 Construção do modelo: dados necessários e resultados obtidos
12. BENEFICIAÇÃO DO COMPORTAMENTO DE SISTEMAS DE DRENAGEM UNITÁRIOS
12.1 Considerações introdutórias
12.2 Tendências actuais na concepção e beneficiação dos sistemas unitários
12.3 Dimensionamento de estruturas de armazenamento
5 DUCP, Setembro 2012
Programa sumário da
disciplina (Slide 3#3):
DRENAGEM URBANA E CONTROLO DA POLUIÇÃO
Metodologia de avaliação:
Exame final no fim do semestre (40%);
(Nota mínima 9,5)
Avaliação de 3 trabalhos desenvolvidos ao longo
das aulas práticas (60%).
Trabalho 1: Modelação do oxigénio dissolvido num rio;
Trabalho 2: Dimensionamento hidráulico-sanitário de um
exutor submarino
Trabalho 3: Dimensionamento de um sistema de drenagem
pluvial
6 DUCP, Setembro 2012
QUALIDADE DA ÁGUA CONTROLO DA POLUIÇÃO
Determinar os parâmetros ambientais que podem
ser controlados e as acções que é necessário
desenvolver para obter um objectivo específico de
qualidade da água que permita manter um
desejado uso da água.
Principais Utilizações Desejáveis da água:
Abastecimento de água: público, industrial ou agrícola;
Recreativo ou de lazer: Prática balnear (contacto directo
ou indirecto); efeito estético;
Pesca: Comercial ou desportiva
Equilíbrio ecológico
7 DUCP, Setembro 2012
PERSPECTIVA GERAL DA INTERVENÇÃO NO
CONTROLO DA QUALIDADE DA ÁGUA
8 DUCP, Setembro 2012
Uso
Pretendido
Padrões de qualidade da
água para protecção da
saúde pública e do
equilíbrio ecológico
CONCENTRAÇÂO DO
PARÂMETRO DE
CONTROLO
Desejada vs. actual
Actuação sobre
Parâmetros de Controlo
Concentração actual
<> desejada
INPUTS
Fontes Poluidoras
(Pontuais ou difusas)
SISTEMA AQUÁTICO
(Rio, Lago, ...)
Reacções,
Transporte
MODELAÇÃO DE RIOS
Algumas
simplificações:
9 DUCP, Setembro 2012
Assume-se homogeneidade vertical e lateral das variáveis de qualidade da água;
Ordem de grandeza da extensão até à zona de mistura completa:
descarga na margem
descarga no meio do rio
Considera-se que só existe advecção e que não há dispersão longitudinal.
Lm = 2, 6U( fps)B( ft)2
H( ft)
Lm =1,3U( fps)B( ft)2
H ( ft)
MODELAÇÃO DE RIOS
Balanço de massa
no local da
descarga:
10 DUCP, Setembro 2012
Qu su + Qe se = Q s
ou
Qu su + W = Q s
Pela equação da continuidade tem-se
Qu + Qe = Q
Concentração a jusante da descarga, s:
s = (Qu su + Qe se ) / Q = (Qu su + W ) / Q
MODELAÇÃO DE RIOS
Substâncias conservativas:
Considera-se conservativos os constituintes que não
apresentam reduções por reacções químicas ou bioquímicas;
só sofrem diluição;
11 DUCP, Setembro 2012
Mistura instantânea
na
confluência/descarga
MODELAÇÃO DE RIOS
Substâncias não conservativas:
Reacção de 1ª Ordem
No caso de rios como dt = dx/U tem-se:
S = S0 exp(-Kx/U) = S0 exp(-Kt*) com t*=x/U
12 DUCP, Setembro 2012
ds
dt= -Ks
Uds
dx= -Ks
PARÂMETROS DE CARACTERIZAÇÃO DE UMA MASSA DE ÁGUA
PARAMETERS FOR WATER QUALITY CHARACTERIZATION
Características Organolépticas (Organoleptic characteristics):
Cor | color
Cheiro | smell
Sabor | taste
Características físico-químicas (Physical and Chemical characteristics)
Temperatura | temperature
Turvação |turbidity
Sólidos totais | total solids
pH
Dureza | water hardness
Oxigénio dissolvido | dissolved oxygen
Carência de Oxigénio | Oxygen demand
13 DUCP, Setembro 2012
PARÂMETROS DE CARACTERIZAÇÃO DE UMA MASSA DE ÁGUA
PARAMETERS FOR WATER QUALITY CHARACTERIZATION CARACTERÍSTICAS ORGANOLÉPTICAS (ORGANOLEPTIC CHARACTERISTICS):
Origem da Cor (color source): origem natural inorgânica, (p.ex. ferro e manganês);
natural inorganic source (eg iron and manganese) origem orgânica, (animal ou vegetal);
organic source (animal or vegetable)
origem industrial, (têxteis, pasta de papel, refinarias, indústrias químicas)
industrial sources (textiles, paper pulp, refineries, chemical industries).
Componentes da Cor (color components): Cor aparente (apparent color) - a coloração da água tal como ela
se apresenta, isto é, com as matérias em suspensão.
the color of a water sample prior to filtering;
Cor verdadeira (true color) - aquela que a água apresenta após a remoção das matérias em suspensão.
the color of a water sample after filtering 14
DUCP, Setembro 2012
PARÂMETROS DE CARACTERIZAÇÃO DE UMA MASSA DE ÁGUA
PARAMETERS FOR WATER QUALITY CHARACTERIZATION
O CHEIRO (smell definition, odor), pode definir-se como:
o conjunto de sensações apreendidas pelo sentido de olfacto
quando se está em presença de certas substâncias voláteis;
group of sensations perceived by the sense of smell in the presence
of volatile substances
a qualidade de cada sensação particular ou individualizada
provocada por cada uma daquelas substâncias
the quality of each particular feeling caused by each of those volatile
substances
O cheiro e o sabor são características subjectivas e,
consequentemente, difíceis de medir.
Smell and taste are subjective characteristics and therefore difficult
to measure
15 DUCP, Setembro 2012
Características Organolépticas (Organoleptic characteristics):
PARÂMETROS DE CARACTERIZAÇÃO DE UMA MASSA DE ÁGUA
PARAMETERS FOR WATER QUALITY CHARACTERIZATION
Temperatura (Temperature)
Influência na:
velocidade das reacções químicas; (speed of chemical reactions)
na solubilidade dos gases; High water temperatures stress aquatic ecosystems by reducing the ability of water to hold essential dissolved gases like oxygen.
na taxa de crescimento dos microrganismos; (growth rate of microorganisms).
Turvação (Water Cloudy, turbidity)
Águas que contenham matérias em suspensão, que interferem com a passagem da luz através da água.
the cloudiness of a fluid caused by individual particles (suspended solids) that are generally invisible to the naked eye, similar to smoke in air.
Pode ser causada por matérias em suspensão de origem (caused by):
orgânica ou inorgânica;
partículas coloidais (colloidal particles) (frequente em Lagos e Albufeiras) ou sólidos de certas dimensões (rios em cheia) (or solids carried by floods)
16
DUCP, Setembro 2012
Características físico-químicas (Physical and Chemical characteristics)
PARÂMETROS DE CARACTERIZAÇÃO DE UMA MASSA DE ÁGUA
PARAMETERS FOR WATER QUALITY CHARACTERIZATION
Sólidos totais (Total solids)
matéria que permanece como resíduo após evaporação de 103 a
105 ºC em 1h. (matter that remains as residue after
evaporation 103-105°C in 1h)
Os sólidos totais podem ser divididos em:
sólidos em suspensão ou filtráveis (suspended solids or filtered);
sólidos não filtráveis (non filtered solids <1μ);
17 DUCP, Setembro 2012
Não Filtráveis
Características físico-químicas (Physical and Chemical characteristics)
PARÂMETROS DE CARACTERIZAÇÃO DE UMA MASSA DE ÁGUA
PARAMETERS FOR WATER QUALITY CHARACTERIZATION
sólidos em suspensão (suspended solids) or sólidos
filtráveis (filtered solids);
usualmente o filtro é escolhido de tal forma que o diâmetro
mínimo dos sólidos em suspensão é cerca de 1 μ.
inclui os sólidos sedimentáveis que decantam após um período
de 60 min.(sedimented solids setled after a period of 60
minutes);
sólidos não sedimentáveis (non sedimented solids);
Sólidos não filtráveis (non filtered solids);
sólidos coloidais (coloidal solids), incluem as partículas, com
um diâmetro aproximado compreendido entre 1 mμ e 1μ;
sólidos dissolvidos (dissolved solids); incluem moléculas
orgânicas e inorgânicas que estão em solução na água.
18 DUCP, Setembro 2012
PARÂMETROS DE CARACTERIZAÇÃO DE UMA MASSA DE ÁGUA
PARAMETERS FOR WATER QUALITY CHARACTERIZATION
Sólidos totais (cont.)
Cada uma das categorias referidas pode, ainda, ser
classificadas de acordo com a sua volatibilidade a 600 ºC
(volatibility at 600ºC). Destina-se a averiguar as parcelas
orgânica e inorgânica dos sólidos totais (useful to find the
organic and inorganic parts of the TS)
À temperatura de 600 ºC:
Sólidos Suspensos Voláteis (Volatile suspended solids); parte
orgânica dos sólidos que volatiliza;
(the organic part volatilizes)
Sólidos Suspensos Fixos (Fixed suspended solids); parte
inorgânica permanece sob a forma de cinzas.
(the inorganic part stays as ashes)
19 DUCP, Setembro 2012
PARÂMETROS DE CARACTERIZAÇÃO DE UMA MASSA DE ÁGUA
PARAMETERS FOR WATER QUALITY CHARACTERIZATION
É a concentração do ião hidrogénio [H+].
pH = - log10 [H+] (0 ≤ pH ≤ 14)
Consoante os valores do pH, as águas classificam-se em:
águas ácidas, ( pH < 7 );
águas neutras, ( pH = 7 );
águas alcalinas, ( pH > 7 ).
O pH, para além de controlar a maior parte das reacções químicas na natureza, controla, também, a actividade biológica.
A actividade biológica é, na maior parte dos casos, apenas possível para valores de pH compreendidos em 6 e 8.
A acidez de uma água é principalmente devida à presença de anidrido carbónico (CO2) dissolvido;
pH is the measure of the acidity or alkalinity of a solution. It is formally a measure of the activity of dissolved hydrogen ions (H+), but for very dilute solutions, the molarity (molar concentration) of H+ may be used as a substitute with little loss of accuracy.[1] In solution, hydrogen ions occur as a number of cations including hydronium ions (H3O+).[2]
In pure water at 25 °C, the concentration of H+ equals the concentration of hydroxide ions (OH-). This is defined as "neutral" and corresponds to a pH level of 7.0. Solutions in which the concentration of H+ exceeds that of OH- have a pH value lower than 7.0 and are known as acids. Solutions in which OH- exceeds H+ have a pH value greater than 7.0 and are known as bases.
DUCP, Setembro 2012 20
pH
PARÂMETROS DE CARACTERIZAÇÃO DE UMA MASSA DE ÁGUA
PARAMETERS FOR WATER QUALITY CHARACTERIZATION
Saúde pública- a acidez (e a alcalinidade) de uma água
têm relativamente pouca importância.
Em termos de infra-estruturas a água ácida afecta:
a conservação de sistemas de saneamento básico
funcionamento biológico de estações de tratamento de
águas residuais.
Quando são utilizados processos de tratamento biológico há
necessidade de manter os valores do pH entre 6 a 9.
A pH range of 6.0 to 9.0 appears to provide protection for
the life of freshwater fish and bottom dwelling
invertebrates
21
pH (cont.)
DUCP, Setembro 2012
PARÂMETROS DE CARACTERIZAÇÃO DE UMA MASSA DE ÁGUA
PARAMETERS FOR WATER QUALITY CHARACTERIZATION
Limiting pH Values
22
Minimum Maximum Effects
3.8 10 Fisheggscouldbehatched,butdeformedyoungareoftenproduced4 10.1 Limitsforthemostresistantfishspecies
4.1 9.5 Rangetoleratedbytrout--- 4.3 Carpdieinfivedays
4.5 9 Trouteggsandlarvaedevelopnormally4.6 9.5 Limitsforperch--- 5 Limitsforsticklebackfish
5 9 Tolerablerangeformostfish--- 8.7 Upperlimitforgoodfishingwaters5.4 11.4 Fishavoidwatersbeyondtheselimits6 7.2 Optimum(best)rangeforfisheggs--- 1 MosquitolarvaearedestroyedatthispHvalues
3.3 4.7 Mosquitolarvaelivewithinthisrange7.5 8.4 Bestrangeforthegrowthofalgae3.3 4.7 Mosquitolarvaelivewithinthisrange7.5 8.4 Bestrangeforthegrowthofalgae
pH (cont.)
DUCP, Setembro 2012
PARÂMETROS DE CARACTERIZAÇÃO DE UMA MASSA DE ÁGUA
PARAMETERS FOR WATER QUALITY CHARACTERIZATION
The steps involved in water and wastewater treatment require specific pH levels:
In order for coagulation (a treatment process) to occur, pH and alkalinity must fall within a limited range.
Chlorination, a disinfecting process for drinking water, requires a pH range that is temperature dependent.
Synergistic effects: synergy involves the combination of two or more substances which produce effects greater than their sum.
Synergy in surface waters: runoff from agricultural, domestic, and industrial areas may contain iron, aluminium, ammonia, mercury or other elements. The pH of the water will determine the toxic effects, if any, of these substances. For example, 4 mg/l of iron would not present a toxic effect at a pH of 4.8. However, as little as 0.9 mg/l of iron at a pH of 5.5 can cause fish to die.
Synergy has special significance when considering water and wastewater treatment.
23
pH environmental Impact:
DUCP, Setembro 2012
PARÂMETROS DE CARACTERIZAÇÃO DE UMA MASSA DE ÁGUA
PARAMETERS FOR WATER QUALITY CHARACTERIZATION
Águas duras - exigem muita quantidade de sabão para produzir espuma ou dão origem a incrustações nas tubagens de água quente, nas panelas ou noutros equipamentos, nos quais a temperatura da água é elevada.
Deve-se à presença de catiões metálicos bivalentes principalmente cálcio (Ca2+) e magnésio (Mg2+). Estes iões metálicos bivalentes estão, em geral, associados com o anião bicarbonato (HCO3
-), sulfato (S042-), cloreto (Cl-) e nitrato (NO3
-).
Many industrial and domestic water users are concerned about the hardness of their water. Hard water requires more soap and synthetic detergents for home laundry and washing, and contributes to scaling in boilers and industrial equipment. Hardness is caused by compounds of calcium and magnesium, and by a variety of other metals.
General guidelines for classification of waters are:
0 to 60 mg/L (milligrams per liter) as calcium carbonate is classified as soft;
61 to 120 mg/L as moderately hard;
121 to 180 mg/L as hard; and more than 180 mg/L as very hard
Com o aparecimento dos detergentes o problema da dureza, no que respeita ao consumo de sabão, perdeu o seu impacto.
24
DUREZA (mg/L de CaCO3)
Water Hardness
DUCP, Setembro 2012
PARÂMETROS DE CARACTERIZAÇÃO DE UMA MASSA DE ÁGUA
PARAMETERS FOR WATER QUALITY CHARACTERIZATION
Problemática das incrustações
Dureza das águas naturais varia de lugar para lugar, em geral:
águas superficiais -> dureza menor; (surface waters => soft water)
águas subterrâneas -> dureza maior. (groundwaters => hard water)
É habitual distinguir-se entre:
dureza temporária (ou carbonatada); devida ao cálcio e ao magnésio que se encontram ligados aos bicarbonatos, e que são eliminados quando a água é fervida;
dureza permanente (ou não-carbonatada); devida ao cálcio e ao magnésio que se encontram associados aos sulfatos, cloretos, nitratos, etc., e que não são eliminados quando a água é fervida.
25
DUREZA (cont.)
DUCP, Setembro 2012
PARÂMETROS DE CARACTERIZAÇÃO DE UMA MASSA DE ÁGUA
PARAMETERS FOR WATER QUALITY CHARACTERIZATION
Todos os organismos vivos estão dependentes, de uma forma ou de outra, do oxigénio para manter a actividade metabólica que produz energia para o crescimento e para a reprodução.
Nas massas de água, a solubilidade do oxigénio depende de:
pressão atmosférica;
temperatura;
salinidade.
A baixa solubilidade do oxigénio na água limita a capacidade de auto-depuração das águas naturais e torna necessário o tratamento das águas residuais antes da sua descarga nos meios receptores (linhas de água, lagos, naturais ou artificiais, e oceanos).
Environmental Impact:
Total dissolved gas concentrations in water should not exceed 110%. Concentrations above this level can be harmful to aquatic life. Fish in waters containing excessive dissolved gases may suffer from "gas bubble disease"; however, this is a very rare occurrence.
Adequate dissolved oxygen is necessary for good water quality. Oxygen is a necessary element to all forms of life. Natural stream purification processes require adequate oxygen levels in order to provide for aerobic life forms. As dissolved oxygen levels in water drop below 5.0 mg/l, aquatic life is put under stress. The lower the concentration, the greater the stress. Oxygen levels that remain below 1-2 mg/l for a few hours can result in large fish kills.
26
Oxigénio Dissolvido (OD) (mg/L de O2)
Dissolved Oxygen (DO)
DUCP, Setembro 2012
PARÂMETROS DE CARACTERIZAÇÃO DE UMA MASSA DE ÁGUA
PARAMETERS FOR WATER QUALITY CHARACTERIZATION
Esta carência está relacionada com o metabolismo de utilização dos compostos orgânicos pelos organismos vivos (organismos heterotróficos).
Resulta da transformação da matéria orgânica (compostos de carbono) em CO2 e H2O e é uma reacção catalisada por organismos heterotróficos que existem com abundância nas águas residuais.
Excepto nos casos em que existem substâncias tóxicas, a fase de oxidação da matéria orgânica inicia-se quase de imediato.
Presentemente, os métodos ou testes mais utilizados para medir a matéria orgânica na água são os seguintes:
Carência bioquímica de oxigénio (CBO) | Biochemical Oxygen Demand
Carência química de oxigénio (CQO) | Chemical Oxygen Demand
Valor ao permanganato ou oxidabilidade (VP) | water, permanganate oxidability
Carbono orgânico total (COT) | Total Organic Carbon
.
27
Carência de Oxigénio (mg/L de O2)
Oxygen Demand
DUCP, Setembro 2012
PARÂMETROS DE CARACTERIZAÇÃO DE UMA MASSA DE ÁGUA
PARAMETERS FOR WATER QUALITY CHARACTERIZATION
Oxigénio consumido pelos microrganismos na oxidação da matéria orgânica duma determinada água em condições aeróbias
Processo de oxidação lento -> Condições de referência: CBO ao fim de cinco dias de incubação, a 20 ºC (CBO5
20 )
The BOD5 test
BOD measures the rate of oxygen uptake by micro-organisms in a sample of water at a temperature of 20°C and over an elapsed period of five days in the dark.
A carência bioquímica de oxigénio, correspondente à oxidação bioquímica total da matéria orgânica, designa-se por carência última de oxigénio (CUO ou CBOu).
.
28
CBO (BOD)
DUCP, Setembro 2012
PARÂMETROS DE CARACTERIZAÇÃO DE UMA MASSA DE ÁGUA
PARAMETERS FOR WATER QUALITY CHARACTERIZATION
29
CBO (BOD)
Medidor de OD numa garrafa de teste de CBO.
DUCP, Setembro 2012
PARÂMETROS DE CARACTERIZAÇÃO DE UMA MASSA DE ÁGUA
PARAMETERS FOR WATER QUALITY CHARACTERIZATION
30
CBO (BOD)
Respirómetro Electrolítico para a determinação da CBO
DUCP, Setembro 2012
PARÂMETROS DE CARACTERIZAÇÃO DE UMA MASSA DE ÁGUA
PARAMETERS FOR WATER QUALITY CHARACTERIZATION
31
CBO (BOD)
DUCP, Setembro 2012
PARÂMETROS DE CARACTERIZAÇÃO DE UMA MASSA DE ÁGUA
PARAMETERS FOR WATER QUALITY CHARACTERIZATION
32
CQO (Chemical Oxygen Demand)
O teste da CQO mede a quantidade de oxigénio necessária para oxidar quimicamente, em determinadas condições, a matéria orgânica presente numa água. Para este efeito, o oxigénio equivalente à matéria orgânica é medido pela utilização de um agente oxidante químico forte como o dicromato de potássio (K2 Cr2 O7).
Dado que alguns compostos inorgânicos podem interferir com o teste, há que ter o cuidado prévio de os eliminar. Este teste é particularmente útil para medir a matéria orgânica em águas residuais industriais e domésticas que contenham compostos tóxicos para os microrganismos.
VP (Water. permanganate oxidability)
O teste do valor ao permanganato (VP) ou oxidabilidade tem objectivos semelhantes ao da CQO, mas o agente oxidante químico utilizado é o permanganato de potássio (K2 Mn O4), um oxidante menos forte do que o dicromato de potássio e, por isso, a oxidabilidade não tem tanta sensibilidade como o CQO.
COT (Total Organic Carbon)
O teste do Carbono Orgânico Total, aplica-se especialmente para águas com baixos teores de matéria orgânica, consiste na sua combustão rápida em aparelho especial e a altas temperaturas. O carbono orgânico é totalmente oxidado ou convertido em anidrido carbónico (CO2), cuja medição é feita através de um analisador de infravermelhos.
DUCP, Setembro 2012
PARÂMETROS DE CARACTERIZAÇÃO DE UMA MASSA DE ÁGUA
PARAMETERS FOR WATER QUALITY CHARACTERIZATION
33
Carência Bioquímica de Oxigénio Carbonatada (CBO C)
(Carbon BOD)
DUCP, Setembro 2012
PARÂMETROS DE CARACTERIZAÇÃO DE UMA MASSA DE ÁGUA
PARAMETERS FOR WATER QUALITY CHARACTERIZATION
34
Carência Bioquímica de Oxigénio Carbonatada (CBO C) (Carbon BOD)
Em geral, assume-se que sendo L o material que ainda falta oxidar que a
reacção é de 1ª Ordem:
y - oxigénio consumido na oxidação ao fim do tempo t é dado por:
vem
para o caso particular do CBO5 vem
dL
dt= -K1L Lt = L0e
-k1t
tt LLCBO 0
)1( 1
0
tK
t eLCBO
)1( 15
05
KeLCBO
DUCP, Setembro 2012
PARÂMETROS DE CARACTERIZAÇÃO DE UMA MASSA DE ÁGUA
PARAMETERS FOR WATER QUALITY CHARACTERIZATION
35
Carência Bioquímica de Oxigénio Carbonatada (CBO C) (Carbon BOD)
K1 é um parâmetro que depende do tipo de matéria orgânica e da temperatura.
O efeito da temperatura é dado aproximadamente por (Arrhenius equation)
Uma estimativa do CBO carbonatado último pode ser obtida tendo em conta que
a completa estabilização do Carbono Orgânico necessita de cerca de 2,7 mg de
oxigénio para 1 mg de carbono que é oxidado, ou seja:
C (12 mg)
O2 (32 mg)
DUCP, Setembro 2012
K1( )T
= K1( )20
1,04( )T-20
L0 » 2, 7 Corg
Taxa de Oxidação K1
(d-1)@20ºC
Sem tratamento 0,3 a 0,4
Primário/Secundário 0,1 a 0,3
Lamas activadas 0,05 a 0,1
Grau de tratamento
PRINCIPAIS COMPONENTES DA ANÁLISE DO OXIGÉNIO DISSOLVIDO PRINCIPAL COMPONENTS OF DISSOLVED OXYGEN ANALYSIS
36
FASE DE NITRIFICAÇÃO | Nitrification stage
DUCP, Setembro 2012
NH4 + 1,5 O2 -> 2H+ + H2O + NO2-
3,43 g O2 para (to) 1g N
NO2- + 0,5 O2 -> NO3
–
1,14 g O2 para (to) 1g N
Total 4,57 g O2 para (to) 1g N
Na prática (in practice) 4,2 g O2 para (to) 1g N devido ao consumo para produção de células
PRINCIPAIS COMPONENTES DA ANÁLISE DO OXIGÉNIO DISSOLVIDO PRINCIPAL COMPONENTS OF DISSOLVED OXYGEN ANALYSIS
37
Carência Bioquímica de Oxigénio Azotada | Nitrogenous BOD
DUCP, Setembro 2012
A formação de bactérias que catalisam esta reacção é da ordem de 1 dia.
Nitrifying bacterial formation is around 1 day.
LN = L0N ( 1 - exp(-KN.t) )
Se a reacção fosse completa:
if the reaction was complete:
L0N = 4,57 (N0+ Na)
MODELAÇÃO DO OD EM RIOS DO MODELLING IN RIVERS
38
DUCP, Setembro 2012
MODELAÇÃO DO OD EM RIOS DO MODELLING IN RIVERS
39
DUCP, Setembro 2012
Fontes OD
Sumidouros OD
Volume controlo
DO sources Control volume
DO sinks
MODELAÇÃO DO OD EM RIOS DO MODELLING IN RIVERS
40
BALANÇO DE MASSA GLOBAL AO OXIGÉNIO DISSOLVIDO
Global Mass Balance to DO
∨. dC/dt= + Rearejamento (reareation)
+ (Fotossíntese – Respiração) (photosybthesis – respiration)
- Oxidação CBOC, CBON (oxidation BODC, BODN)
- Oxidação CBOsedimentos (oxidation BODsediments)
+ Entrada OD afluentes (DO from tributary)
± Transporte OD para dentro ou para fora do segmento
(± OD transport in or out of the CV)
DUCP, Setembro 2012
Volume controlo
Control volume
MODELAÇÃO DO OD EM RIOS DO MODELLING IN RIVERS
41
REAREJAMENTO | Reareation
DUCP, Setembro 2012
Lei de Henry
Henry’s Law
∨. dC/dt= KL.A (CS-C) (1)
ou | or
dC/dt= Ka (CS-C) (2)
Ka = KLA/V = KL/H
p = He . Cs
Coef. transf. (LT-1)
Coef. rearejamento volumétrico (T-1)
mmHg mmHg/(mg/l) mg/l
MODELAÇÃO DO OD EM RIOS DO MODELLING IN RIVERS
42
REAREJAMENTO | Reareation
DUCP, Setembro 2012
Se definirmos défice de OD por D = CS – C (DO deficit)
A eq. (2) fica dD/dt= - KA.D + dCS/dt
Se T=const., sal.= const., p=const. -> dCS/dt = 0
Logo dD/dt= - KA.D
Se D0 for o défice inicial D = D0 exp(-Kat) (if D0 is the initial deficit)
C= CS – (CS-C0). exp(-Kat)
com Ka = f (U,H)
MODELAÇÃO DO OD EM RIOS DO MODELLING IN RIVERS
43
Concentração de saturação do OD (Cs) (Saturation concentration)
DUCP, Setembro 2012
Cs
T
S
p Temperatura
temperature
Salinidade
salinity
Pressão
pressure
MODELAÇÃO DO OD EM RIOS DO MODELLING IN RIVERS
44 DUCP, Setembro 2012
CS função da temperatura (APHA, 1985)
CSf – Concentração de saturação de OD para água doce em mg/l para 1 atm
(saturation concentration in fresh water in mg/l for 1 atm)
T – Temperatura em º K
T (º K) = T (º C) + 273,150
ln CSf = -139,34411+1,575701x105
T-
6,642308x107
T2+
1,243800x1010
T3-
8,621949x1011
T4
MODELAÇÃO DO OD EM RIOS DO MODELLING IN RIVERS
45 DUCP, Setembro 2012
CS função da salinidade (APHA, 1985)
CSS – Concentração de saturação para água salgada em mg/l
(saturation concentration in salt water in mg/l)
S – Salinidade (ppm) | salinity
ln CSS = ln CSf - S 1, 7674x10-2 -1,0754x10
T+
2,1407x103
T2
æ
èç
ö
ø÷
MODELAÇÃO DO OD EM RIOS DO MODELLING IN RIVERS
46 DUCP, Setembro 2012
CS função da pressão (APHA, 1985)
CSp – Conc. saturação OD (mg/l) à pressão P (saturation concentration at pressure P)
Cso – Conc. saturação OD (mg/l) ao nível do mar (saturation concentration at sea level)
P – Pressão (atm) | pressure
Pwv – Tensão de vapor, em atm, calculado através de: (vapor tension of water)
Ln Pwv = 11,8571 – (3840,70/T) + (216961/T2)
T - Temperatura em º K | temperature in K
= 0,000975 – (1,426 x 10-5 t) + 6,436 x 10-8 t2)
t – temperatura (º C) | temperature in ºC
Aplicando as expressões anteriores verifica-se que a:
- 1500 m de altitude -> CS = 82,5% da CS0
- 2700 m de altitude -> CS = 68% da CS0
CSp = CSO P1- Pwv / P( )éë ùû 1-qP( )
1- Pwv( ) 1-q( )
é
ëêê
ù
ûúú
47 DUCP, Setembro 2012
MODELAÇÃO DO OD EM RIOS DO MODELLING IN RIVERS
48 DUCP, Setembro 2012
REAREJAMENTO | Reareation
dD/dt= - KA.D
Algumas expressões para estimar Ka:
MODELAÇÃO DO OD EM RIOS DO MODELLING IN RIVERS
49 DUCP, Setembro 2012
REAREJAMENTO | Reareation
Algumas expressões para estimar Ka em lagos (for lakes):
Como em algumas equações Ka tende para zero quando o H aumenta,
Hydroscience, 1971 sugere um valor mínimo para o coeficiente de
transferência:
(KL)min ≈ 2 a 3 ft/dia (0,6 a 1m/d)
e assim que se deve considerar
minminmin
LLa
K
H
KK
MODELAÇÃO DO OD EM RIOS DO MODELLING IN RIVERS
50 DUCP, Setembro 2012
REAREJAMENTO | Reareation
Efeito da temperatura no Ka (temperature effect in Ka):
Arrhenius equation (Ka)T = (Ka)20 ()T-20
com o valor de a variar entre 1,005 a 1,030. ( range)
Em geral, utiliza-se 1,024. (comon value used)
MODELAÇÃO DO OD EM RIOS DO MODELLING IN RIVERS
51 DUCP, Setembro 2012
REAREJAMENTO | Reareation
Efeito do Vento no Ka (wind effect in Ka):
efeito do vento é importante em lagos ou albufeiras e neste caso o cálculo do coeficiente
de transferência é dado por: | Wind effect is important in lakes and reservoirs:
KL = 0, 728UW
1/2 - 0,317UW + 0,0372UW
2
UW - velocidade do vento (m/s),
10 m acima do nível da água.
(wind speed, 10 m above water
level)
MODELAÇÃO DO OD EM RIOS DO MODELLING IN RIVERS
52 DUCP, Setembro 2012
REAREJAMENTO | Reareation
Efeito da Maré no Ka (tide effect in Ka):