Autodepuração

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Autodepuração 
Autodepuração 
• A introdução de matéria orgânica em um corpo 
d'agua resulta, indiretamente, no consumo de 
oxigênio dissolvido. Tal se deve aos processos de 
estabilização da matéria orgânica realizados pelas 
bactérias decompositoras, as quais utilizam o 
oxigênio disponível no meio líquido para a sua 
respiração. O decréscimo da concentração de 
oxigênio dissolvido tem diversas implicações do 
ponto de vista ambiental, constituindo-se, como já 
dito, em um dos principais problemas de poluição 
das águas em nosso meio. 
VON SPERLING, M. 
Aspectos Ecológicos 
• Ecossistema em condições naturais: elevada diversidade de espécies, 
elevado número de espécies e baixo número de indivíduos em cada 
espécie. 
• Ecossistema alterado: baixa diversidade de espécies, reduzido número de 
espécies e elevado número de indivíduos em cada espécie. 
 
 
• A poluição é seletiva: somente 
as espécies bem adaptadas à 
poluição sobrevivem, proliferam. 
As demais não resistem, 
podendo vir a desaparecer do 
sistema 
 
Nível de 
poluição 
D
iv
er
si
d
ad
e 
d
e 
es
p
éc
ie
s 
 
 
Autodepuração 
• Zona de Degradação 
• Zona de Decomposição Ativa 
• Zona de Recuperação 
• Zona de Águas Limpas 
Características das zonas de autodepuração 
Zona de Degradação: 
 
• Início  ponto de lançamento dos despejos; 
• Água turva (cor acinzentada); 
• ↓ partículas  lodo no leito do corpo d’água; 
• + Bactérias (consumo de M.O.); 
• - OD; 
• Limite da 1ª zona  [OD] 40% da [inicial]; 
• Não há odor; 
• Presença de oxigênio não permita a decomposição aneróbia. 
Autodepuração 
• Zona de Degradação 
• Zona de Decomposição Ativa 
• Zona de Recuperação 
• Zona de Águas Limpas 
Características das zonas de autodepuração 
Zona de Decomposição Ativa: 
 
• Início  [OD] inferiores a 40% da [saturação]; 
• Água  cor cinza-escura, quase negra; 
• Bancos de lodos no fundo em ativa decomposição anaeróbia; 
• ↑ gases mal cheirosos (amônia, gás sulfídrico, etc); 
• OD  pode zerar ou “ficar negativo”; 
• Biota aeróbia é substituída por outra anaeróbia; 
• Ambiente fétido e escuro; 
• Oxigênio passa a ser reposto  ar atmosférico ou fotossíntese; 
• População de bactérias  decresce; 
• Água começa a ficar mais clara (ainda impróprio p/ os peixes); 
• Fim da 2ª zona  OD elevar-se a 40% [saturação]. 
Autodepuração 
• Zona de Degradação 
• Zona de Decomposição Ativa 
• Zona de Recuperação 
• Zona de Águas Limpas 
Características das zonas de autodepuração 
Zona de Recuperação: 
 
• Início  40% de oxigênio de saturação; 
• Término  água saturada de oxigênio; 
• Água  mais clara e límpida; 
• Proliferação de algas que reoxigenam o meio; 
• Amônia  oxidada a nitritos e nitratos (+ fosfatos fertilizam o meio, 
favorecendo a proliferação de algas); 
• Cor esverdeada intensa (alimento p/ crustáceos, larvas de insetos, 
vermes, etc., que servem de alimentos p/ os peixes); 
• Diversificação da biocenose. 
Autodepuração 
• Zona de Degradação 
• Zona de Decomposição Ativa 
• Zona de Recuperação 
• Zona de Águas Limpas 
Características das zonas de autodepuração 
Zona de Águas Limpas: 
 
• Água  características diferentes das águas poluídas; 
• Água encontra-se “eutrófica”; 
• Água  recuperou-se, melhorou suas capacidade de produzir 
alimento protéico (piorou no quesito de potabilidade); 
• Não é limpa, devido a presença das algas (cor verde); 
• ↓ aspecto estético; 
• Invasão de plantas aquáticas indesejáveis. 
• Possibilidade de presença de organismos patogênicos. 
Curso d’água 
Distância 
M
at
ér
ia
 o
rg
ân
ic
a 
 1 2 3 4 1 
Matéria orgânica 
Zonas de autodepuração 
Zonas de Autodepuração 
Esgoto 
Curso d’água 
Distância 
B
ac
té
ri
as
 
 1 2 3 4 1 
Bactérias 
Zonas de autodepuração 
Esgoto 
Zonas de Autodepuração 
• Oxidação da matéria orgânica (MO): 
 MO + O2 + bactérias  CO2 + H2O + bactéria + energia 
• Demanda bentônica: digestão anaeróbia do lodo; 
geração de subprodutos que podem exercer uma 
demanda de O; revolvimento do lodo. 
• Nitrificação: oxidação de formas nitrogenadas (amônia - 
nitrito - nitrato) por bactérias (nitrosomonas /nitrobacter) 
amônia + O2  nitrito + H
+ + H2O + energia 
nitrito + O2  nitrato + energia 
carbono = CO2 (inorgânico); energia = inorgânico ( organismos quimioautotróficos) 
 
Consumo de Oxigênio 
• Reaeração atmosférica: as moléculas de gases 
são intercambiadas entre o líquido e o gás pela 
sua interface até a sua saturação. 
• Fotossíntese: processo utilizado pelos seres 
autotróficos para a síntese de matéria orgânica 
CO2 + H2O + energia luminosa  matéria orgânica + O2 
 
Produção de Oxigênio 
• A poluição de um corpo d’água por matéria 
orgânica causa a queda nos níveis de OD. No 
processo de autodepuração ocorre um 
balanço entre consumo e produção de 
oxigênio. 
 
Balanço de Oxigênio 
DBO solúvel e finamente particulada 
(oxidação) 
DBO suspensa 
(sedimentação) 
Fotossíntese 
Reaeração 
atmosférica 
(OD) 
Nitrificação 
(OD) 
DBO OD 
Demanda bentônica 
Mistura 
Camada de lodo 
Mistura 
Mistura 
Balanço de Oxigênio 
Parâmetros conservativos 
• Parâmetros que não reagem, não alteram a 
sua concentração por processos físicos, 
químicos e biológicos, exceto a mistura. 
• Exemplo: sais 
Parâmetros não conservativos 
• Reagem com o ambiente alterando a 
concentração. 
• Exemplo: DBO, temperatura, coliformes, OD 
Exemplo parâmetro conservativo 
AR
AARR
F
QQ
CQCQ
C



QR CR QA CA 
QF CF 
distância 
C 
Exemplo parâmetro não conservativo 
AR
AARR
F
QQ
CQCQ
C



QR CR 
QA CA 
QF CF 
distância 
C 
QF2 CF2 
Pontos característicos da curva de depressão de OD 
Esgotos 
Curso D’Água 
t o tc Tempo (d) ou distância (km) 
C o 
C c 
D c 
C s 
C r 
C c 
OD 
(mg/L) 
D0 
C o 
Cs = Conc. de oxigênio de saturação é função da Altitude e da temp 
Cr = Conc de oxigênio no rio = 70 a 90% de Cs 
C0 = Conc. oxigênio inicial da mistura 
er
eerr
QQ
ODQODQ
C



..
0
L0 
)1.(
.
0
tKteLy

tK
eLL
.
0
1.

Cinética da desoxigenação 
LK
dt
dL
.1
Onde: 
 
L = concentração de DBO remanescente (mg/L); 
T = tempo (dia); 
K1= Coeficiente de desoxigenação (dia
-1) 
Cinética da desoxigenação 
tK
eLL
.
0
1.

Onde: 
 
L = concentração de DBO remanescente em um tempo qualquer (mg/L); 
L0 = concentração de DBO remanescente em t = 0 (mg/L); 
K1 (base e) = 2,3 K1 (base 10) 
Cinética da desoxigenação 
)1.(
.
0
tKteLy

Onde: 
 
y = DBO exercida em um tempo t (mg/L); 
y = L0 - L 
L0 = DBO remanescente, em t = 0 ou DBO exercida em um tempo = ∞ 
Também denominada de Demanda última, pois representa a DBO total 
Ao final da estabilização (mg/L). 
O Coeficiente de desoxigenação (K1) 
 
K1 depende das características da MO, além da temperatura e da presença de 
substâncias inibidoras. 
 
Efluentes tratados, possuem taxa de degradação mais lenta, pelo fato da maior parte da 
MO mais facilmente assimilável já ter sido removida, restando apenas a parcela de 
estabilização mais vagarosa. 
Influência da temperatura 
 
Tem grande influência no metabolismo microbiano, afetando as taxas de 
Estabilização da MO. 
 
K1T =K1,20 . Θ
(T-20) 
 
K1T = K1 a uma temperatura T qualquer (dia
-1) 
K1;20 = K1 a uma temperatura T = 20°C (dia
-1) 
t = Temperatura do líquido (ºC) 
Θ = coeficiente de temperatura (-) 
Determinação do coeficiente de reaeração k2 
• Fórmula de O’Connor e Dobbins 
K2: Coeficiente de reaeração (base e), h
-1 
DL: Coeficiente de difusão do oxigênio na 
água = 7,54x10-6 m2/h 
v: Velocidade da corrente em m/s 
h: Profundidade da corrente em m 
 
• Para k2 em d-1 e base e, tem-se: 
 
 
• Em base decimal: 
 
5,0
32





 

h
vD
k L
5,1
5,0
2 95,3
h
v
k 
5,1
5,0
2 71,1
h
v
k 
A influência da altitude pode ser computada pela seguinte relação (Qasim, 1985): 
onde: 
 
 
 
 
fH = fator de correção da concentração de saturação de OD pela altitude (-) 
Cs' = concentração de saturação na altitude H (mg/L) 
H = altitude (m) 
Existem fórmulas empíricas (baseadas em análises da regressão) que calculam Cs 
(mg/L) em função da temperatura T (°C). 
 
Uma fórmula freqüentemente empregada é (Põpel, 1979): 
 
Cs = 14,652 - 4,1022 x 10
-1.T + 7,9910 x 10-3.T2 - 7, 7774 x 10-5. T3 
Concentração de saturação de OD (Cs) 
Exemplo de cálculo 
 
L0 = DBOu = DBO20 
20 
Autodepuração Natural 
• Equação de Streeter - Phelps: 
 
 
 
 
 
 
• Dt: deficit de oxigênio dissolvido, em relação à saturação, nos 
diversos instantes t, em mg/L. 
• k1: coeficiente de desoxigenação, em d
-1 
• k2: coeficiente de reaeração, em d
-1 
• La: DBO total de 1
o estágio das águas do rio, imediatamente após a 
mistura com os esgotos, em mg/L. 
• Da: deficit inicial de oxigênio dissolvido, isto é, deficit de oxigênio 
no ponto de lançamento dos esgotos, em relação à saturação, em 
mg/L. 
• t: tempo, em dias. 
  tkatktkat DL
kk
k
D 221 101010
..
12
1  


Valore Típicos de k2 (Azevedo Netto, 1962) 
Temperatura 20oC K2 / k1 K2 para k1 = 0,1 d
-1 
Pequenas lagoas, pequenos lagos e 
remansos 
0,5 a 1,0 0,05 a 0,10 
Rios de escoamento muito lento, 
grandes lagos e represas 
1,0 a 1,5 0,10 a 0,15 
Grandes rios de velocidade baixa 1,5 a 2,0 0,15 a 0,20 
Grandes rios de velocidade normal 2,0 a 3,0 0,20 a 0,30 
Rios de escoamento rápido, córregos 3,0 a 5,0 0,30 a 0,50 
Corredeiras, cascatas e quedas d’água 5,0 0,50 
Autodepuração Natural 
• Cálculo de La: 
 
 
 
 
 
• QRio: Vazão do rio imediatamente à montante do lançamento dos 
• esgotos. 
• DBORio: DBO total de 1
o estágio das águas do rio, imediatamente à 
• montante da mistura com os esgotos. 
• QEsgoto: Vazão de esgotos. 
• DBOEsgoto: DBO total de 1
o estágio dos esgotos. 
EsgotoRio
EsgotoEsgotoRioRio
a
QQ
DBOQDBOQ
L



Autodepuração Natural 
• Cálculo de Da: 
 
 
• Da: deficit inicial de oxigênio dissolvido nas águas do rio. 
• ODSAT: concentração de oxigênio dissolvido de saturação 
• ODMIST:concentração de oxigênio dissolvido nas águas do rio, 
imediatamente após a mistura com os esgotos. 
 
 
 
 
• QRio: vazão do rio imediatamente à montante do lançamento dos esgotos. 
• ODRio: concentração de oxigênio dissolvido nas águas do rio, 
imediatamente à montante da mistura com os esgotos. 
• QEsgoto: vazão de esgotos. 
• ODEsgoto: concentração de oxigênio dissolvido nos esgotos. 
MISTSATa ODODD 
EsgotoRio
EsgotoEsgotoRioRio
MIST
QQ
ODQODQ
OD



Autodepuração Natural 
• Coordenadas do Ponto Crítico: 
• Tempo Crítico: 
 
 
 
 
 
 
 
• tc: tempo de percurso até o ponto crítico, em dias. 
• k1: coeficiente de desoxigenação, em d
-1 
• k2: coeficiente de reaeração, em d
-1 
• La: DBO total de 1
o estágio das águas do rio, imediatamente após a 
mistura com os esgotos, em mg/L. 
• Da: deficit inicial de oxigênio dissolvido, isto é, deficit de oxigênio no 
ponto de lançamento dos esgotos, em relação à saturação, em mg/L. 
 





 






1
12
1
2
12 .
1log
1
kL
kkD
k
k
kk
t
a
a
c
Autodepuração natural 
• Coordenadas do Ponto Crítico 
• Déficit Crítico 
 
 
 
 
 
 
• Dc: déficit crítico de oxigênio dissolvido nas águas do rio, em 
mg/L. 
• tc: tempo de percurso até o ponto crítico, em dias. 
• k1: coeficiente de desoxigenação, em d
-1 
• k2: coeficiente de reaeração, em d
-1 
• La: DBO total de 1
o estágio das águas do rio, imediatamente após 
a mistura com os esgotos, em mg/L. 
ctk
ac L
k
k
D
.
2
1 110.

Autodepuração Natural 
• Equações Auxiliares: 
• DBO remanescente no tempo t: 
 
 
 
• Lt: DBO remanescente após t dias, em mg/L. 
• Lo: DBO total de 1
o estágio, em mg/L 
• k1: coeficiente de desoxigenação, em d
-1 
• t: tempo, em dias. 
 
• Equação da DBO removida: 
 
 
• y: DBO removida após t dias, em mg/L 
 
tk
t LL
.
0
110.


 tkLy 11010 
Tratamento 2ário Tratamento 1ário Sem Tratamento 
 
 
Traçado da Curva de Autodepuração 
1. Fixar a vazão média de esgoto. 
2. Estabelecer as características do esgoto (DBO e OD). 
3. Determinar as características do curso d’água: 
 Vazão para cálculo (provável: vazão mínima) 
– DBO e OD das águas do rio 
– Velocidade média das águas 
4. Determinar ou estabelecer os valores das constantes k1 e k2 a 
20oC. 
5. Determinar a DBO total de 1o estágio dos esgotos e das 
águas do rio à montante do lançamento (20oC), através de: 
 
 
 
 
 
 
 tkLy 11010 
Traçado da Curva de Autodepuração 
6. Determinar a DBO total de 1o estágio das águas do rio (à 20oC), 
após a mistura com os esgotos, através de: 
 
 
 
 
7. Admitir as temperaturas para o estudo (esgoto e rio à montante). 
8. Determinar a temperatura das águas do rio, após a mistura com os 
esgotos: 
 
EsgotoRio
EsgotoEsgotoRioRio
a
QQ
DBOQDBOQ
L


 ESGRIO
ESGESGRIOrio
M
QQ
TQTQ
T



Traçado da Curva de Autodepuração 
9. Corrigir o valor de La para a temperatura da mistura, através 
de: 
 
• La(ToC) = La(20oC) . [1 + 0,02(T – 20)] 
 
10. Corrigir os valores das constantes k1 e k2 para a temperatura 
da mistura, através de: 
K1(t
oC) = k1(20
oC).1,047(T-20) 
 
K2(t
oC) = k2(20
oC).1,135(T-20) 
Traçado da Curva de Autodepuração 
11. Determinar o OD das águas do rio após a mistura com os 
esgotos, através de: 
 
 
 
 
12. Determinar o OD de saturação, para a temperatura da 
mistura (interpolar com os dados da tabela) 
13. Determinar o deficit inicial de Oxigênio dissolvido, Da, 
através de: 
EsgotoRio
EsgotoEsgotoRioRio
MIST
QQ
ODQODQ
OD



MISTSATa ODODD 
Traçado da Curva de Autodepuração 
14. Determinar os valores dos deficits de OD nos diversos instantes t 
(em dias) (t = 1,2,3,4,5,6...), através de: 
 
 
 
 
 
15. Determinar os valores de OD nos diversos instante t, através de: 
 
 ODt = ODSAT - Dt 
 
16. Traçar a curva no EXCEL relacionando OD x Distância 
  tkatktkat DL
kk
k
D 221 101010
..
12
1  


Traçado da Curva de Autodepuração 
17. Verificações: 
• Tempo Crítico 
 
 
 
 
• Déficit Crítico 
 





 






1
12
1
2
12 .
1log
1
kL
kkD
k
k
kk
t
a
a
c
ctk
ac L
k
k
D
.
2
1 110.

Determinação da Eficiência da ETE 
1. Fixar a vazão média de esgoto. 
2. Estabelecer as características do esgoto (DBO e OD). 
3. Determinar as características do curso d’água: 
– Vazão para cálculo (provável:vazão mínima – Q7,10) 
– DBO e OD das águas do rio 
– Velocidade média das águas 
4. Determinar ou estabelecer os valores das constantes k1 e k2 a 
20oC. 
5. Determinar a DBO total de 1o estágio dos esgotos e das 
águas do rio à montante do lançamento (20oC), através de: 
 tkLy 11010 
Determinação da Eficiência da ETE 
6. Determinar a DBO total de 1o estágio das águas do rio (à 
20oC), após a mistura com os esgotos, através de: 
 
 
 
7. Admitir as temperaturas para o estudo (esgoto e rio à 
montante). 
8. Determinar a temperatura das águas do rio, após a mistura 
com os esgotos: 
 
EsgotoRio
EsgotoEsgotoRioRio
a
QQ
DBOQDBOQ
L



ESGRIO
ESGESGRIOrio
M
QQ
TQTQ
T



Determinação da Eficiência da ETE 
9. Corrigir o valor de La para a temperatura da mistura, 
através de: 
 
 La(ToC) = La(20oC) . [1 + 0,02(T – 20)] 
 
10. Corrigir os valores das constantes k1 e k2 para a 
temperatura da mistura, através de: 
 
 K1(t
oC) = k1(20oC).1,047(T-20) 
 
 K2(t
oC) = k2(20oC).1,135(T-20) 
 
 
Determinação da Eficiência da ETE 
11. Determinar o OD das águas do rio após a mistura com os 
esgotos, através de: 
 
 
 
12. Determinar o OD de saturação, para a temperatura da 
mistura (interpolar com os dados da tabela) 
13. Determinar o deficit inicial de Oxigênio dissolvido, Da, 
através de: 
 
EsgotoRio
EsgotoEsgotoRioRio
MIST
QQ
ODQODQ
OD



MISTSATa ODODD 
Determinação da Eficiência da ETE 
14. Fixar o OD mínimo no rio 
15. Determinar o deficit máximo permissível: DMÁX = ODSAT -
ODMÍN 
16. Determinar o tempo crítico, através de: 
 
 
 
17. Calcular o deficit crítico, através de: 
 
 
 
 
 





 






1
12
1
2
12 .
1log
1
kL
kkD
k
k
kk
t
a
a
c
ctk
ac L
k
k
D
.
2
1 110.

Determinação da Eficiência da ETE 
18. Comparar Dc e DMÁX. Se Dc > DMÁX: 
19. Determinar nova La, através de: 
 
 
 
OBS: Considerar Dt = DMÁX, t = tc e manter o mesmo Da) 
 
20. Com a nova La, calcular novo tc através de: 
 
  tkatktkat DL
kk
k
D 221 101010
..
12
1  


 





 






1
12
1
2
12 .
1log
1
kL
kkD
k
k
kk
t
a
a
c
Determinação da Eficiência da ETE 
21. Com o novo tc, calcular novo Dc, através de: 
 
 
22. Comparar Dc e DMÁX: 
• Se Dc > DMÁX voltar ao passo 19 entrando com o novo tc 
• Se Dc < DMÁX, seguir com o passo 23. 
 
23. Com a nova La, determinar a DBO do esgoto tratado, através 
de: 
ctk
ac L
k
k
D
.
2
1 110.

EsgotoRio
EsgotoEsgotoRioRio
a
QQ
DBOQDBOQ
L



Determinação da Eficiência da ETE 
24. Com a DBO total de 1o estágio do esgoto tratado, 
determinar a DBO de 5 dias, através de: 
 
 
OBS: Entrar na equação com t = 5 dias 
 
25. Com a DBO5 do esgoto tratado, determinar a eficiência da 
ETE, através de: 
100(%)
.
.. 


BRUTOE
TRATADOEBRUTOE
DBO
DBO
DBODBO
E
 tkLy 11010 