Exercícios propostos 2 CA Gabarito(1)

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CIÊNCIAS DO AMBIENTE 
 
EXERCÍCIOS PROPOSTOS – 2° BIMESTRE 
 
 
1. Uma pequena cidade lança seu esgoto num córrego conforme indicado na figura: 
 
 
DBO = demanda bioquímica de oxigênio 
OD = oxigênio dissolvido 
 
a. Qual a carga orgânica presente no esgoto? 
(carga = concentração x vazão) ou (carga = carga per capita x população) (kg/dia) 
 
Carga = 180.000 mg/m³ x 1070 m³/dia = 192.600.000 mg/dia = 192,60 kg/d 
 
b. Determine a concentração de DBO e OD na região de mistura após o lançamento 
de esgoto. 
 
𝐶𝑚𝑖𝑠𝑡 = 
𝑄𝑟𝑖𝑜 × 𝐶𝑟𝑖𝑜 + 𝑄𝑒𝑠𝑔 × 𝐶𝑒𝑠𝑔
𝑄𝑟𝑖𝑜 + 𝑄𝑒𝑠𝑔
 
 
Concentração de DBO na região de mistura: 
 
𝐶𝐷𝐵𝑂 = 
7680
𝑚3
𝑑 × 2500
𝑚𝑔
𝑚3
+ 1070
𝑚3
𝑑 × 180.000
𝑚𝑔
𝑚3
7680
𝑚3
𝑑 + 1070
𝑚3
𝑑
 
 
𝐶𝐷𝐵𝑂 = 24.205,71
𝑚𝑔
𝑚3
= 24,21 𝑚𝑔/𝐿 
 
Concentração de O.D. na região de mistura: 
 
 
𝐶𝑂𝐷 = 
7680
𝑚3
𝑑 × 6200
𝑚𝑔
𝑚3
+ 1070
𝑚3
𝑑 × 0
7680
𝑚3
𝑑 + 1070
𝑚3
𝑑
 
 
𝐶𝐷𝐵𝑂 = 5.441,82
𝑚𝑔
𝑚3
= 5,44 𝑚𝑔/𝐿 
 
c. As concentrações verificadas atendem ao padrão estabelecido pela classe do rio? 
Comente os motivos que levaram a atual situação. 
 
As concentrações de DBO verificadas não atendem ao padrão estabelecido para a 
classe do rio. Após lançamento, a concentração de matéria orgânica na região de 
mistura aumenta acima do permitido para um Rio Classe 2 e consequentemente a 
concentração de O.D. diminui, ficando muito próximo do limite estabelecido. Assim, 
serão necessárias medidas para que não haja prejuízos à qualidade da água do 
corpo receptor, favorecendo a condição de autodepuração. 
 
d. Qual a solução para a situação? 
 
A solução para a situação seria o tratamento do esgoto antes do lançamento. Como 
o limite da concentração de DBO para a classe do rio é conhecido, é possível 
encontrar a máxima concentração que o esgoto deve conter para que não haja 
prejuízo a qualidade da água. 
 
𝐶 𝑚á𝑥𝑚𝑖𝑠𝑡 = 5,00 𝑚𝑔 /𝐿 = 5.000 𝑚𝑔/𝑚³ para um rio de Classe 2 
 
Substituindo na equação: 
 
5.000 𝑚𝑔/𝑚³ = 
7680
𝑚3
𝑑 × 2500
𝑚𝑔
𝑚3
+ 1070
𝑚3
𝑑 × 𝐶𝑚á𝑥𝑒𝑠𝑔
7680
𝑚3
𝑑 + 1070
𝑚3
𝑑
 
 
𝐶𝑚á𝑥𝑒𝑠𝑔 = 22.940 𝑚𝑔/𝑚
3 = 22,94 𝑚𝑔/𝐿 
 
Conhecendo a concentração de DBO no esgoto sem tratamento e a máxima 
concentração para atender o limite estabelecido é possível determinar a eficiência 
do tratamento máxima na região de mistura. 
 
 
𝐸 = (
𝑆0 − 𝑆
𝑆0
) 𝑥 100 
 
Onde: 
S0 = concentração inicial = concentração no esgoto sem tratamento 
S = concentração final = concentração máxima permitida 
 
𝐸 = (
180 𝑚𝑔/𝐿 − 22,94 𝑚𝑔/𝐿
180 𝑚𝑔/𝐿
) 𝑥 100 
 
𝐸 = 87,3% 
 
Desta forma, o esgoto deve ser tratado com uma eficiência mínima de 87,3% antes do 
lançamento. 
 
2 Os habitantes de uma comunidade geram uma contribuição per capita de DBO de 54 g 
DBO/hab.dia, e uma contribuição per capita de esgoto de 180 L/hab.dia. 
 
a. Calcular a concentração de DBO nos esgotos. 
 
carga = concentração x vazão concentração = carga/vazão 
concentração = 54 (g DBO/hab.dia) /180 (L/hab.dia) 
concentração = 0,3 g DBO/L = 300 mg DBO/L 
 
b. Calcular a carga de nitrogênio total (N) afluente a uma ETE (Estação de Tratamento 
de Esgoto), sendo que a concentração de nitrogênio é de 45 mg N/L e vazão de 50 
L/s. 
 
carga = concentração x vazão 
 carga de nitrogênio = 45 mg/L x 50 L/s = 2.250 mg/s = 194,40 kg /d 
 
c. Nesta mesma estação, calcular a concentração de fósforo total (P) afluente, 
sabendo-se que a carga afluente é de 60 kgP/dia. 
 
concentração = carga/vazão carga = 60 kg/d = 694,44 mg/s 
concentração de fósforo = 694,44 (mg/s) / 50 (L/s) = 13,89 mg/L 
 
 
3 Um importante parâmetro caracterizador de despejos industriais é a equivalência 
populacional, ou seja, uma indústria polui o equivalente a uma população de n 
habitantes. Desta forma, o Equivalente Populacional (EP) de uma indústria é a carga de 
DBO da indústria (kg/d) dividido pela contribuição per capita de DBO de uma população 
(kg/hab.d), expresso pela equação: 
 
𝐸𝑃 = 
𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎𝑖𝑛𝑑 
𝑞𝐷𝐵𝑂 
 habitantes 
 
a. Calcular a carga de poluentes de uma indústria que possui os seguintes dados: 
• Vazão de efluentes: 120 m3/d 
• Concentração de DBO: 2000 mg/L 
• Carga per capita da população: 0,054 kg DBO/hab.dia. 
 
carga = concentração x vazão 
 carga = 2.000 mg/L x 120.000 L/d = 240.000.000 mg/d = 240,00 kg /d 
 
b. Calcular o equivalente populacional desta indústria. 
 
𝐸𝑃 = 
240,00 𝑘𝑔/𝑑 
0,054 𝑘𝑔/ℎ𝑎𝑏.𝑑 
 = 4.445 habitantes 
 
Então, sabemos que esta indústria polui tanto quanto uma população de 
aproximadamente 4.445 habitantes. 
 
4. As equações de mistura esgoto-rio apresentadas pressupõem uma mistura perfeita e 
instantânea no ponto de contribuição. No entanto, sabe-se que na prática, os esgotos 
não são imediatamente misturados com a massa liquida do rio. Desta forma, há a 
necessidade de certa distância de percurso para se atingir a mistura total. Uma hipótese 
simplificadora para se estimar a distância de mistura pode ser expressa pelas equações 
empíricas de Yotsukura: 
 
𝐿𝑚 = 8,7 𝑥 𝑣 𝑥 (
𝐵²
𝐻
) para lançamentos em margem 
 
𝐿𝑚 = 4,3 𝑥 𝑣 𝑥 (
𝐵²
𝐻
) para lançamentos no meio da seção do rio 
 
Onde: 
 
Lm é a distância a partir do ponto de lançamento para a qual pode se considerar que a 
mistura é completa (m); 
B é a largura média do rio (m); 
H é a profundidade média do rio (m); 
v é velocidade da água (m.s-1). 
 
a. Determinar a distância de percurso para se obter a mistura lateral total para 
lançamento em margem e no meio da seção de um rio com as seguintes 
características: 
• Vazão: Q = 0,760 m3/s 
• Velocidade = 0,25 m/s 
• Largura média = 12 m 
• Profundidade média = 0,25 m 
 
Para lançamento em margem: 
𝐿𝑚 = 8,7 𝑥 0,25𝑥 (
122
0,25
) 
𝐿𝑚 = 1252,8 𝑚 
 
Para lançamento no meio da seção do rio: 
𝐿𝑚 = 4,3 𝑥 0,25𝑥 (
122
0,25
) 
𝐿𝑚 = 619,2 𝑚 
 
5. Uma bacia contribuinte com 20 mil habitantes lança seus esgotos sem qualquer 
tratamento a um pequeno afluente do Rio Iguaçu. A vazão correspondente de esgoto é 
de 3520 m³/d e a DBO do esgoto bruto é de 400 mg/L. A esta contribuição junta-se os 
despejos de uma indústria química orgânica com vazão de 850 m³/d e DBO bruta de 
900 mg/L, cujo tratamento, na própria indústria, reduz em 90% a poluição orgânica 
(DBO). O rio, antes de receber estas contribuições poluentes, tem vazão de 2 m³/s e 
DBO de 6 mg/L. Calcular as novas características do rio na região de mistura. 
A eficiência de tratamento é dada pela seguinte equação: 
 
𝐸 = (
𝑆0 − 𝑆
𝑆0
) 𝑥 100 
 
Onde: 
S0 = concentração inicial 
 
S = concentração final 
 
Como o esgoto da indústria recebe tratamento de 90% antes do lançamento: 
 
90 = (
900 𝑚𝑔/𝐿 − 𝑆
900 𝑚𝑔/𝐿
) 𝑥 100 
 
𝑆 = 𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎çã𝑜 𝑑𝑜 𝑒𝑠𝑔𝑜𝑡𝑜 𝑎𝑝ó𝑠 𝑜 𝑡𝑟𝑎𝑡𝑎𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 = 90 𝑚𝑔/𝐿 
 
Então a concentração final na região de mistura é a média ponderada entre todas as 
contribuições: 
 
𝐶𝑚𝑖𝑠𝑡 = 
𝑄𝑟𝑖𝑜 × 𝐶𝑟𝑖𝑜 + 𝑄𝑒𝑠𝑔 × 𝐶𝑒𝑠𝑔 + 𝑄𝑖𝑛𝑑 × 𝐶𝑖𝑛𝑑
𝑄𝑟𝑖𝑜 + 𝑄𝑒𝑠𝑔 + 𝑄𝑖𝑛𝑑
 
 
𝐶𝑚𝑖𝑠𝑡 = 
172.800 𝑚3/𝑑 × 6.000 𝑚𝑔/𝑚³ + 3520 𝑚3/𝑑 × 400.000 𝑚𝑔/𝑚³ + 850 𝑚3/𝑑 × 90.000 𝑚𝑔/𝑚³
172.800 𝑚3/𝑑 + 3520 𝑚3/𝑑 + 850 𝑚3/𝑑
 
 
𝐶𝑚𝑖𝑠𝑡 = 14.230,96 𝑚𝑔/ 𝑚³ = 14,23 𝑚𝑔/𝐿 
 
6. Explique os fenômenos de eutrofizaçãoe autodepuração de corpos receptores 
impactados por lançamento de esgoto sanitário. 
7. Cite os principais efeitos da eutrofização nos ecossistemas aquáticos. 
8. Defina Índice de Qualidade da Água (IQA) e cite os principais parâmetros. 
9. O enquadramento dos corpos de água, segundo os usos preponderantes da água, da 
mesma forma que o Plano de Recursos Hídricos, é um instrumento previsto na Lei das 
Águas e que se caracteriza pela sua função de planejamento. Explique a importância do 
enquadramento dos corpos de água para a gestão dos recursos hídricos. Comente 
sobre os usos desejáveis para cada nível de qualidade da água em rios de água doce.