7
DISCIPLINA SISTEMAS DE TRATAMENTO DE ÁGUA E ESGOTO EA/UFPR EXERCÍCIO X: AVALIAÇÃO DA CAPACIDADE SUPORTE DOS CORPOS HÍDRICOS PROFESSOR DANIEL COSTA DOS SANTOS 15/05/2017 CAPACIDADE SUPORTE DOS CORPOS HÍDRICOS 1 Enunciado Avaliar a atualidade e a projeção da relação entre a Disposição Final de Esgoto e a Capacidade Suporte dos Corpos Hídricos no Município Vale Verde, sendo estes o rio e a represa apresentados no enunciado. Observar igualmente que não há rede coletora de esgoto no Município, mas há uma precária rede de drenagem urbana na qual é lançado esgoto de forma clandestina. Portanto o processo de poluição por meio de lançamento de esgoto nos rios ocorre de forma difusa e por meio da contaminação do lençol freático. De maneira a remediar esse problema foi concebida uma rede de drenagem e um sistema de esgotamento sanitário composto por rede coletora e estação de tratamento. No ponto de disposição do esgoto no córrego a classe é 03 (Resolução 357 CONAMA) e sua vazão mínima é dada pela seguinte expressão: Q10,7 = C.XT.(A+B).Q, sendo, C, A, B: parâmetros da equação; XT: constante função do período de retorno T; para T=10. Portanto, para a região do Município Vale Verde, tem-se os seguintes dados e conseqüentes resultados: XT=X10=0,632 ; A=0,4089 ; B=0,0332 ; C=0,75 ; Q= 235,8 L/s Q10,7 = 0,75 x 0,632 x (0,4089 + 0,0322) x 235,8 = 49,41 L./s Logo, QER = Q10,7 = 49,41 L./s = 4269 m 3 /d = 0,0494 m³/s sendo QER a vazão de estiagem do rio no ponto de lançamento do esgoto. Demais dados são os seguintes: DBO/R = 2,0 mg/L ; OD/R = 8,2 mg/L ; TR = 12 o C ;V = 0,18 m/s ; H = 1,2 m 2 Estimativas das Capacidades Suporte 2.1 Avaliação da Capacidade de Recuperação de OD do Rio Esta avaliação será desenvolvida com base no Modelo Streeter Phelps o qual busca reproduzir o comportamento do oxigênio dissolvido ao longo do rio, conforme a Figura 01:

CAPACIDADE SUPORTE DOS CORPOS HÍDRICOS Disposição Final de ...blueelephant.net.br/resources/Exercício X Capacidade Suporte dos... · Admitir as cargas de fósforo e de nitrogênio

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: CAPACIDADE SUPORTE DOS CORPOS HÍDRICOS Disposição Final de ...blueelephant.net.br/resources/Exercício X Capacidade Suporte dos... · Admitir as cargas de fósforo e de nitrogênio

DISCIPLINA SISTEMAS DE TRATAMENTO DE ÁGUA E ESGOTO EA/UFPR EXERCÍCIO X: AVALIAÇÃO DA CAPACIDADE SUPORTE DOS CORPOS HÍDRICOS PROFESSOR DANIEL COSTA DOS SANTOS 15/05/2017

CAPACIDADE SUPORTE DOS CORPOS HÍDRICOS

1 Enunciado

Avaliar a atualidade e a projeção da relação entre a Disposição Final de Esgoto e a

Capacidade Suporte dos Corpos Hídricos no Município Vale Verde, sendo estes o

rio e a represa apresentados no enunciado. Observar igualmente que não há rede

coletora de esgoto no Município, mas há uma precária rede de drenagem urbana na qual

é lançado esgoto de forma clandestina. Portanto o processo de poluição por meio de

lançamento de esgoto nos rios ocorre de forma difusa e por meio da contaminação do

lençol freático. De maneira a remediar esse problema foi concebida uma rede de

drenagem e um sistema de esgotamento sanitário composto por rede coletora e estação

de tratamento.

No ponto de disposição do esgoto no córrego a classe é 03 (Resolução 357 CONAMA)

e sua vazão mínima é dada pela seguinte expressão:

Q10,7 = C.XT.(A+B).Q’ , sendo,

C, A, B: parâmetros da equação; XT: constante função do período de retorno T; para

T=10. Portanto, para a região do Município Vale Verde, tem-se os seguintes dados e

conseqüentes resultados:

XT=X10=0,632 ; A=0,4089 ; B=0,0332 ; C=0,75 ; Q’ = 235,8 L/s

Q10,7 = 0,75 x 0,632 x (0,4089 + 0,0322) x 235,8 = 49,41 L./s

Logo,

QER = Q10,7 = 49,41 L./s = 4269 m3/d = 0,0494 m³/s

sendo QER a vazão de estiagem do rio no ponto de lançamento do esgoto. Demais

dados são os seguintes:

DBO/R = 2,0 mg/L ; OD/R = 8,2 mg/L ; TR = 12oC ;V = 0,18 m/s ; H = 1,2 m

2 Estimativas das Capacidades Suporte

2.1 Avaliação da Capacidade de Recuperação de OD do Rio

Esta avaliação será desenvolvida com base no Modelo Streeter Phelps o qual busca

reproduzir o comportamento do oxigênio dissolvido ao longo do rio, conforme a Figura

01:

Page 2: CAPACIDADE SUPORTE DOS CORPOS HÍDRICOS Disposição Final de ...blueelephant.net.br/resources/Exercício X Capacidade Suporte dos... · Admitir as cargas de fósforo e de nitrogênio

DISCIPLINA SISTEMAS DE TRATAMENTO DE ÁGUA E ESGOTO EA/UFPR EXERCÍCIO X: AVALIAÇÃO DA CAPACIDADE SUPORTE DOS CORPOS HÍDRICOS PROFESSOR DANIEL COSTA DOS SANTOS 15/05/2017

Figura 01: Curva Referente ao Comportamento do Oxigênio Dissolvido

Desta forma, além do valor já estimado de DBO do esgoto bruto de 431,55 mg/L,

admitir que a OD é de 0,5 mg/l e que K1 = 0,10/d. Isto posto, seguir a rotina de

dimensionamento:

2.1.1 Equacionamento para Disposição do Esgoto Bruto

1º Aplicação da Equação da Mistura para determinar DBO, OD e T de mistura:

Var. = (Var.R . QER + VarES. Qf med) / ( QER + Qf med) ; Var. : mg/L ; Qf med: L/s

T/M = (12ºC x 49,41 + 17ºC x 19,33) / (68,74) = 13,41ºC

DBO/M = (2,0 x 49,41 + 431,55 x 19,33) / (68,74) = 122,79 mg/L

OD/M = (8,2 x 49,41 + 0,5 x 19,33) / (68,74) = 6,03mg/L

2º Estimar Taxa de Desoxigenação K1 e de Reaeração K2 :

K1 = K120 .( 1,047 T-20

) ; K2 = 2,2 . (V / H 1,33

) ; K1 e K2: (dia-1

) ; V: m/s; H: m/s

K1 = 0,10 (1,047 13,41 – 20

) = 0,0739 /d ; K2 = 2,2 (0,18 / 1,2 1,33

) = 0,31 /d

3º DBO Carbonácea Última no Ponto de Mistura (Lo):

DBOt = Lo (1-10-K.t

) ; DBOt e Lo : mg/L

Lo = DBO5 / (1 – 10 -5 x 0,07395

) = 214,32 mg/L

4º Déficit Inicial de OD (Do): Do = ODr. – ODmist. ; Do = 8,2 – 6,03 = 2,17 mg/L

Page 3: CAPACIDADE SUPORTE DOS CORPOS HÍDRICOS Disposição Final de ...blueelephant.net.br/resources/Exercício X Capacidade Suporte dos... · Admitir as cargas de fósforo e de nitrogênio

DISCIPLINA SISTEMAS DE TRATAMENTO DE ÁGUA E ESGOTO EA/UFPR EXERCÍCIO X: AVALIAÇÃO DA CAPACIDADE SUPORTE DOS CORPOS HÍDRICOS PROFESSOR DANIEL COSTA DOS SANTOS 15/05/2017

5º Tempo Crítico (tc):

tc = [(K2 – K1)-1

] . log { [ K2/K1] . [ 1 – [ Do (K2 - K1) / K1. Lo ] ]}

tc = [ (0,31 – 0,071)-1

] x log {[0,31/0,07]-[1- [2,17 x (0,31-0,07)/0,07 x 214,32]}

tc = [ (4,17) ] x log {[4,43]-[1- 0,034]} = 4,17 x log 3,46 = 2,63 d

4º Distância onde Ocorre o ODmin (Cc): Cc = V . tc = 0,18 x 2,63 x 86400 = 40,93 km

5o Estimar ODmin: ODmin= OD sat. – Dc

Dc = (K1/K2).Lo.(10 – K1.tc

); Dc = (0,0739/0,31) x 214,32 x (10-0,07 x 2,25

)= 33,44 mg/L

6o ODc = 8,2 – 33,44 = 0,00 mg/l

2.1.2 Equacionamento para Disposição do Esgoto Tratado

Dado que a DBO do esgoto bruto é de 431,55 mg/L e admitindo que a eficiência de

remoção de DBO do tratamento concebido seja na ordem de 90 %, a DBO efluente é de

43,16 mg/l. Considerar também que a OD é de 4,5 mg/l e que K1 = 0,10/d. Isto posto

seguir a rotina de dimensionamento já apresentada, cujos resultados são apresentados na

sequência.

1º Aplicação da Equação da Mistura para determinar DBO, OD e T de mistura:

Var. = (Var.R . QER + VarES. Qf med) / ( QER + Qf med) ; Var. : mg/L ; Qf med: L/s

T/M = 13,41ºC

DBO/M = 13,57 mg/L

OD/M = (8,2 x 49,41 + 0,5 x 19,33) / (68,74) = 7,16 mg/L

2º Estimar Taxa de Desoxigenação K1 e de Reaeração K2 :

K1 = K120 .( 1,047 T-20

); K2 = 2,2 . (V / H 1,33

); K1 e K2: (dia-1

) ; V: m/s ; H: m/s

K1 = 0,10 (1,047 13,41 – 20

) = 0,0739 /d

K2 = 2,2 (0,18 / 1,2 1,33

) = 0,31 /d

3º DBO Carbonácea Última no Ponto de Mistura (Lo):

DBOt = Lo (1-10-K.t

) ; DBOt e Lo : mg/L

Lo = DBO5 / (1 – 10 -5 x 0,07395

) = 23,69 mg/L

4º Déficit Inicial de OD (Do): Do = ODr. – ODmist. ; Do = 8,2 – 7,16 = 1,04 mg/L

5º Tempo Crítico (tc):

tc = [(K2 – K1)-1

] . log { [ K2/K1] . [ 1 – [ Do (K2 - K1) / K1. Lo ] ]}

tc = [ (0,31 – 0,071)-1

] x log {[0,31/0,07]-[1- [1,04 x (0,31-0,07)/0,07 x 23,69]}

tc = 2,36 d

6º Distância onde Ocorre o ODmin (Cc): Cc = V . tc = 0,18 x 2,36 x 86400 = 36,70 km

7o Estimar ODmin: ODmin= OD sat. – Dc

Dc = (K1 / K2). Lo . (10 – K1.tc

);

Dc = (0,07039/0,31) x 23,69 x (10-0,07 x 2,36

) = 3,78 mg/L

8º ODc = 8,2 – 3.78 = 4,42 mg/l

Page 4: CAPACIDADE SUPORTE DOS CORPOS HÍDRICOS Disposição Final de ...blueelephant.net.br/resources/Exercício X Capacidade Suporte dos... · Admitir as cargas de fósforo e de nitrogênio

DISCIPLINA SISTEMAS DE TRATAMENTO DE ÁGUA E ESGOTO EA/UFPR EXERCÍCIO X: AVALIAÇÃO DA CAPACIDADE SUPORTE DOS CORPOS HÍDRICOS PROFESSOR DANIEL COSTA DOS SANTOS 15/05/2017

As ilustrações destas curvas estão apresentadas na Figura 02.

Figura 02: Curvas de Oxigênio Dissolvido para Cenários sem Tratamento e com

Tratamento de Esgoto

Page 5: CAPACIDADE SUPORTE DOS CORPOS HÍDRICOS Disposição Final de ...blueelephant.net.br/resources/Exercício X Capacidade Suporte dos... · Admitir as cargas de fósforo e de nitrogênio

DISCIPLINA SISTEMAS DE TRATAMENTO DE ÁGUA E ESGOTO EA/UFPR EXERCÍCIO X: AVALIAÇÃO DA CAPACIDADE SUPORTE DOS CORPOS HÍDRICOS PROFESSOR DANIEL COSTA DOS SANTOS 15/05/2017

2.2 Avaliação da Capacidade de Suporte de Cargas de Fósforo e Nitrogênio no Rio

2.2.1 Critério de Avaliação

Será considerado o limite apresentado pela Resolução 357 do CONAMA para Classe

03.

2.2.2 Rotina de Equacionamento

2.2.2.1 Estimativa das cargas de P e N afluentes ao Rio

Admitir as cargas de fósforo e de nitrogênio do esgoto bruto já estimadas no Exercício

VIII para ponto de lançamento de esgoto.

2.2.2.2 Estimativa da Concentração de Fósforo e Nitrogênio no Ponto de

Lançamento:

Considerando a situação do lançamento de esgoto bruto no rio, isto é, sem tratamento, e

aplicando a Equação das Misturas, estima-se as concentrações de fósforo e nitrogênio

no ponto de mistura. A Equação das Misturas é a seguir reproduzida:

Var. = (Var.R . QER + VarES. Qf med) / ( QER + Qf med) ; Var. : mg/L ; Qf med: L/s,

sendo, neste caso, Var a concentração P e N respectivamente.

Caso as concentrações de fósforo e nitrogênio estejam acima daqueles limites da Classe

03, estimar o nível de tratamento necessário para que tal limite seja atendido.

2.3 Avaliação do Decaimento Bacteriano no Rio

2.3.1 Dados Adicionais

Os dados adicionais são os seguintes:

Concentração de Coliformes Termotolerantes no Rio: CFR =10 NMP/100 ml

Concentração de Coliformes Termotolerantes no Esgoto Bruto:

CFEB = 5.107 NMP/100 ml

2.3.2 Equacionamento

2.3.2.1 Equacionamento para Disposição do Esgoto Bruto

No ponto de mistura, a concentração de coliformes termotolerantes é dada pela equação

das misturas, conforme segue:

CFo = (CFR . QER + CFES. Qfmed) / (QER + Qfmed);

CFo e CFR: NMP/100 ml ; Qfmed: L/s

CFo = (10 x 49,41 + 5x 107 x 19,33) / (49,41 + 19,33) = 1,4 x 10

7 NMP/100ml

Page 6: CAPACIDADE SUPORTE DOS CORPOS HÍDRICOS Disposição Final de ...blueelephant.net.br/resources/Exercício X Capacidade Suporte dos... · Admitir as cargas de fósforo e de nitrogênio

DISCIPLINA SISTEMAS DE TRATAMENTO DE ÁGUA E ESGOTO EA/UFPR EXERCÍCIO X: AVALIAÇÃO DA CAPACIDADE SUPORTE DOS CORPOS HÍDRICOS PROFESSOR DANIEL COSTA DOS SANTOS 15/05/2017

Aplicando a Lei de Chick,

dCF/dt = - Kb . CF para o regime hidráulico tipo pistão, o qual pode ser aplicado em

rios, tem-se:

CF = CFo . e-Kb.t

, sendo,

CF: concentração de coliformes termotolerantes (NPM/100 ml);

CFo: concentração de coliformes no ponto de mistura (NPM/100 ml);

Kb: coeficiente de decaimento bacteriano (d-1

);

t: tempo (dias).

Corrigindo-se o coeficiente de decaimento bacteriano para a temperatura de mistura,

obtem-se:

Kb20 = 1,0/d ; Kbt = Kb20 x 1,07(13,41 – 20)

= 0,64/d ;

Logo, construir a curva de decaimento bacteriano para o rio até o mesmo apresentar

concentração de coliformes termotolerantes igual ou menor aquela permitida para um

corpo hídrico Classe 03 da Resolução 357 do CONAMA, valor este de 4000 CT/100ml.

Portanto, aplicando a Lei de Chick:

4.103 = 1,4 . 10

7 . e

-0,64.t

ln 0,00028571 = ln e-0,64.t

(e = 2,718281 ; loge (Un) = n . logee ; ln = loge)

t = 13 dias.

Observar Figura 03.

Figura 03: Decaimento bacteriano para esgoto bruto

Page 7: CAPACIDADE SUPORTE DOS CORPOS HÍDRICOS Disposição Final de ...blueelephant.net.br/resources/Exercício X Capacidade Suporte dos... · Admitir as cargas de fósforo e de nitrogênio

DISCIPLINA SISTEMAS DE TRATAMENTO DE ÁGUA E ESGOTO EA/UFPR EXERCÍCIO X: AVALIAÇÃO DA CAPACIDADE SUPORTE DOS CORPOS HÍDRICOS PROFESSOR DANIEL COSTA DOS SANTOS 15/05/2017

2.3.2.2 Equacionamento para Disposição do Esgoto Tratado

Para a remoção de coliformes termotolerantes na ordem de 3,0 log (99,90%) tem-se o

seguinte cenário:

CFET = 5.104 NMP/100 ml;

Aplicando a Equação das Misturas, obtém-se: CFM = 1,4 104 NMP/100 ml;

Como pode ser observado, este valor ultrapassa aquele limite da Resolução

357/CONAMA para Classe 03. Ou seja, o grau de remoção previsto não seria

suficiente.

Neste caso, para a concentração de coliformes termotolerantes igual ou menor aquela

permitida para um corpo hídrico Classe 03 da Resolução 357 do CONAMA, valor este

de 4000 CT/100 ml, estima-se:

4.103 = 1,4 . 10

4 . e

-0,64.t

ln 0,00028571 = ln e-0,64.t

(e = 2,718281 ; loge (Un) = n . logee ; ln = loge)

t = 2,0 dias.

Observar Figura 04.

Figura 04: Decaimento bacteriano para esgoto tratado (tratamento não suficiente)

Para finalizar, a partir da concentração de 4000 CT/100 ml deve ser definida a eficiência

necessária para o processo de desinfecção do esgoto. E, a partir destes dados, construir a

curva de decaimento de coliformes termotolerantes ao longo do rio para a situação com

e sem tratamento.