Aula_14_-_Autodepurao_I (2)

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AUTODEPURAÇÃO
DE CURSOS DE ÁGUA
QUALIDADE DA ÁGUA - CIV 1205 
Profa. Silvânia L. Santos
POLUIÇÃO DAS ÁGUAS POR ESGOTO
Poluição por matéria orgânica
Poluição por eutrofização
Contaminação por organismos patogênicos
Matéria 
Orgânica
Bactérias
decompositoras
RESPIRAÇÃO 
CO2
Água
O.D.
Poluição por matéria orgânica
Conceito e importância - Aspectos ecológicos - Balanço de OD - Modelagem matemática - Controle de poluição 6
POLUIÇÃO DAS ÁGUAS POR ESGOTO
Poluição por matéria orgânica
Poluição por eutrofização
Contaminação por organismos patogênicos
Matéria 
Orgânica
Bactérias
decompositoras
RESPIRAÇÃO 
CO2
Água
O.D.
AUTODEPURAÇÃO
“Restabelecimento do equilíbrio no meio 
aquático, após as alterações induzidas 
pelos despejos afluentes.”
Poluição por matéria orgânica
Conceito e importância - Aspectos ecológicos - Balanço de OD - Modelagem matemática - Controle de poluição 7
POLUIÇÃO DAS ÁGUAS POR ESGOTO
AUTODEPURAÇÃO
“Restabelecimento do equilíbrio no meio aquático, após as alterações 
induzidas pelos despejos afluentes.”
Poluição por matéria orgânica Consumo de Oxigênio Dissolvido
IMPORTÂNCIA:
Novo equilíbrio não é o mesmo das condições anteriores!
Conceito e importância - Aspectos ecológicos - Balanço de OD - Modelagem matemática - Controle de poluição 8
POLUIÇÃO DAS ÁGUAS POR ESGOTO
AUTODEPURAÇÃO
“Restabelecimento do equilíbrio no meio aquático, após as alterações 
induzidas pelos despejos afluentes.”
Poluição por matéria orgânica Consumo de Oxigênio Dissolvido
IMPORTÂNCIA:
- Utilizar a capacidade de assimilação dos rios
- Impedir o lançamento de despejos acima do suportável 
pelo corpo hídrico
Novo equilíbrio não é o mesmo das condições anteriores!
Conceito e importância - Aspectos ecológicos - Balanço de OD - Modelagem matemática - Controle de poluição 9
ASPECTOS ECOLÓGICOS
A autodepuração é representativa de uma 
SUCESSÃO ECOLÓGICA
Sequência de substituições de comunidades até equilíbrio
 
 A poluição é seletiva para espécies
 Somente aquelas adaptadas as novas condições 
ambientais sobrevivem
Conceito e importância - Aspectos ecológicos - Balanço de OD - Modelagem matemática - Controle de poluição 10
ASPECTOS ECOLÓGICOS
Zonas de
autodepuração
Estágios da sucessão ecológica
1- Zona de degradação
2- Zona de decomposição ativa
3- Zona de recuperação
4- Zona de águas limpas
Conceito e importância - Aspectos ecológicos - Balanço de OD - Modelagem matemática - Controle de poluição 11
ASPECTOS ECOLÓGICOS
ZONA DE DEGRADAÇÃO
- Água turva e formação de bancos de lodo 
- Início da decomposição da matéria orgânica
- Proliferação bacteriana 
- Consumo de O2 = CO2 e pH
- Nitrogênio orgânico e amoniacal 
- Redução do nº de espécies e aumento do 
número de indivíduos por espécie 
Conceito e importância - Aspectos ecológicos - Balanço de OD - Modelagem matemática - Controle de poluição 12
ASPECTOS ECOLÓGICOS
ZONA DE DECOMPOSIÇÃO ATIVA
- Cor forte e lodo escuro no fundo
- Menor concentração de OD 
- Redução de bactérias (menos alimento disponível)
- Gases: CO2 (respiração); 
 CH4 e H2S (se condição anaeróbia fundo)
- Nitrogênio amoniacal e Nitrito 
- Bactérias e protozoários
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ASPECTOS ECOLÓGICOS
ZONA DE RECUPERAÇÃO
- Coloração mais clara e ausência de mau cheiro
- Menor consumo de OD e redução do seu déficit
- Fertilização do meio aquático (nitratos e fosfatos)
- Desenvolvimento de algas 
- Aumento da diversidade de espécies 
Conceito e importância - Aspectos ecológicos - Balanço de OD - Modelagem matemática - Controle de poluição 14
ASPECTOS ECOLÓGICOS
ZONA DE ÁGUAS LIMPAS
- Condição de equilíbrio 
- OD próximo a saturação 
- Fundo de lodo pode não estar totalmente 
estabilizado 
Novo equilíbrio não é o mesmo das condições anteriores!
Devido a novas concentrações de subprodutos das 
reações de decomposição 
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BALANÇO DE OXIGÊNIO DISSOLVIDO
Conceito e importância - Aspectos ecológicos - Balanço de OD - Modelagem matemática - Controle de poluição 16
“Em termos ecológicos, a repercussão mais nociva da poluição de um corpo de água por matéria 
orgânica é a quedo nos níveis de OD”
Cada redução dos teores de oxigênio dissolvido é seletiva para a seleção de espécies
BALANÇO DE OXIGÊNIO DISSOLVIDO
CONSUMO DE OXIGÊNIO
1. OXIDAÇÃO DA MATÉRIA ORGÂNICA
2. LODO DE FUNDO
Matéria orgânica + O2 + bactérias → CO2 + H2O + bactérias + energia
( Fator de maior consumo de oxigênio )
Porção particulada da matéria orgânica sedimenta. Lodo => Região anaeróbia.
Fina camada superficial demanda oxigênio para respiração bacteriana.
3. NITRIFICAÇÃO 
Amônia + O2 → nitrito + H+ H2O + energia
( Demanda de segundo estágio)
Nitrito + O2 → nitrato + energia
Conceito e importância - Aspectos ecológicos - Balanço de OD - Modelagem matemática - Controle de poluição 17
Microrganismos autotróficos utilizam material mineral para produção de energia 
Fotossíntese
Reaeração 
OXIGÊNIO 
DISSOLVIDO
Respiração
Lodo de fundo 
Nitrificação
BALANÇO DE OXIGÊNIO DISSOLVIDO
Fotossíntese
Reaeração 
OXIGÊNIO 
DISSOLVIDO
Respiração
Lodo de fundo 
Nitrificação
PRODUÇÃO DE OXIGÊNIO
1. REAERAÇÃO
2. FOTOSSÍNTESE
Intercâmbio de gases entre líquido e atmosfera (pela sua interface);
Depende da temperatura e da pressão;
- Difusão molecular (predomina em corpos d’água com água parada)
- Difusão turbulenta (predomina em corpos d’água turbulentos) 
CO2 + H2O + energia luminosa → matéria orgânica + O2
Síntese de matéria orgânica por seres autótrofos
Depende da radiação solar
 - turbidez dos despejos é prejudicial 
 - Primeiras zonas da autodepuração , a respiração 
supera a produção.
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MODELAGEM MATEMÁTICA
Modelos abrangentes
Modelos simplificados
 Streeter e Phelps
Conceito e importância - Aspectos ecológicos - Balanço de OD - Modelagem matemática - Controle de poluição 19
MODELAGEM MATEMÁTICA
Modelos abrangentes
Modelos simplificados
 Streeter e Phelps
- CONSIDERAR APENAS:
 Consumo de oxigênio = Oxidação matéria orgânica
 Produção de oxigênio = Reaeração atmosférica
- Apenas para regiões aeróbias
- Fluxo tipo pistão
- Cargas pontuais
MODELO DE STREETER E PHELPS 
Conceito e importância - Aspectos ecológicos - Balanço de OD - Modelagem matemática - Controle de poluição 20
MODELAGEM MATEMÁTICA
O consumo de oxigênio varia com o tempo. Pode-se analisar por dois ângulos:
DBO REMANESCENTE: Matéria orgânica restante na massa líquida, dado instante;
DBO EXERCIDA: Consumo acumulado de oxigênio para estabilizar M.O.
CINÉTICA DA DESOXIGÊNAÇÃO
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- Ponto crítico de OD
- Comparação com legislação
- Identificar zonas de poluição e depuração
MODELAGEM MATEMÁTICA
Cinética da matéria orgânica remanescente se processa segundo uma reação de 
primeira ordem. 
CINÉTICA DA DESOXIGÊNAÇÃO
Conceito e importância - Aspectos ecológicos - Balanço de OD - Modelagem matemática - Controle de poluição 22
𝑑𝐿
𝑑𝑡
= −𝐾1 𝑥 𝐿
Reação de primeira ordem
Taxa de oxidação da matéria orgânica é 
proporcional a à matéria orgânica ainda 
remanescente em um tempo t. 
Equação de progressão da 
DBO remanescente:
Sendo:
L = concentração de DBO remanescente (mg/L)
t = tempo (dia)
K1 = Coeficiente de desoxigenaçãoTaxa de oxidação da M.O (dL/dt) 
é proporcional a M.O ainda 
remanescente (L), em um tempo 
(t) qualquer
MODELAGEM MATEMÁTICA
Cinética da matéria orgânica remanescente se processa segundo uma reação de 
primeira ordem. 
CINÉTICA DA DESOXIGÊNAÇÃO
Conceito e importância - Aspectos ecológicos -Balanço de OD - Modelagem matemática - Controle de poluição 23
𝑑𝐿
𝑑𝑡
= −𝐾1 𝑥 𝐿
𝐿 = 𝐿0 𝑥 𝑒− 𝐾1 .𝑡
Integrando Sendo:
L = concentração de DBO remanescente (mg/L)
L0 = DBO remanescente, em t=0, ou a DBO exercida, também 
denominada DBO ultima.
t = tempo (dia)
K1 = Coeficiente de desoxigenação
Y = DBO exercida no tempo t (mg/L)𝑦 = 𝐿0 . (1 − 𝑒− 𝐾1 .𝑡 )
Reação de primeira ordem
Taxa de oxidação da matéria orgânica é proporcional a à 
matéria orgânica ainda remanescente em um tempo t. 
Y= L0 - L
MODELAGEM MATEMÁTICA
K1 – COEFICIENTE DE DESOXIGENAÇÃO
 Depende da matéria orgânica, temperatura e presença de substâncias inibidoras
 Valores tabelados :
CINÉTICA DA DESOXIGÊNAÇÃO
Conceito e importância - Aspectos ecológicos - Balanço de OD - Modelagem matemática - Controle de poluição 24
MODELAGEM MATEMÁTICA
K1 – COEFICIENTE DE DESOXIGENAÇÃO
 Depende da matéria orgânica, temperatura e presença de substâncias inibidoras
 Valores tabelados :
 Para mesma demanda última, 
 K1 indicam a velocidade de consumo
CINÉTICA DA DESOXIGÊNAÇÃO
Conceito e importância - Aspectos ecológicos - Balanço de OD - Modelagem matemática - Controle de poluição 25
MODELAGEM MATEMÁTICA
K1 – COEFICIENTE DE DESOXIGENAÇÃO
 Dois DBO 5 iguais não implicam em 
K1s iguais ou L ultimo igual
CINÉTICA DA DESOXIGÊNAÇÃO
Conceito e importância - Aspectos ecológicos - Balanço de OD - Modelagem matemática - Controle de poluição 26
Influência da temperatura:
k1T = k1,20.
(T–20) Sendo:
k1T – k1 a uma temperatura t qualquer (dia–1);
k1,20 – k1 à temperatura de 20ºC (dia–1);
T – temperatura do líquido (ºC);
 – coeficiente de temperatura (adimensional) 
 = 1,047 (EPA,1987).
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EXERCÍCIO
01
A interpretação de análises de uma amostra de 
água de um rio a jusante de um lançamento de esgoto 
conduziu aos seguintes valores: 
 - Coeficiente de desoxigenação: K1 = 0,22 d-1; 
- Demanda última Lo = 90 mg/L; 
- A temperatura da amostra é de 24 ºC 
a) calcular a DBO exercida a 1 dia, 5 dias e 20 dias
b) calcular a DBO remanescente a 1 dia, 5 dias e 20 dias
(Adaptado de Von Sperling- 3ª edição ).
Conceito e importância - Aspectos ecológicos - Balanço de OD - 
Modelagem matemática - Controle de poluição
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Conceito e importância - Aspectos ecológicos - Balanço de OD - 
Modelagem matemática - Controle de poluição
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Conceito e importância - Aspectos ecológicos - Balanço de OD - 
Modelagem matemática - Controle de poluição
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ATÉ A PRÓXIMA AULA!
SILVANIA.SANTOS@UFRN.BR
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