Autodepuração de Cursos D'Água

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AUTODEPURAÇÃO DE CURSOS AUTODEPURAÇÃO DE CURSOS 
D’ÁGUAD’ÁGUAD’ÁGUAD’ÁGUA
AUTODEPURAÇÃO DE CURSOS D’ÁGUAAUTODEPURAÇÃO DE CURSOS D’ÁGUA
1. Introdução1. Introdução
� Lançamento de resíduos ricos em material orgânico em corpos d’água:
- material em sedimentável � lodo de fundo � degradação predominantemente
anaeróbia (demanda bentônica);
- material dissolvido e em suspensão � degradação aeróbia � decréscimo nos
níveis de OD na água.
� corpo hídrico tem capacidade de realizar, naturalmente, sua própria
despoluição� processo de autodepuração.
2.1. Fases da degradação:2.1. Fases da degradação:
FASE I � lançamento
� ponto de lançamento com água turva � alta concentração de material orgânico
degradável;
2. Processo de autodepuração2. Processo de autodepuração
� possível formação de banco de lodo � condições anaeróbias no fundo �
potencial gerador de mau odor.
� reduzido consumo de OD da água � microrganismos decompositores em
adaptação ao meio;
� predominância de organismos (protozoários, bactérias aeróbias e fungos)
adaptados com desaparecimento dos menos adaptados;
� pequena presença de algas � alta turbidez das águas. 
degradável;
FASE II � altas taxas de degradação do material orgânico, com isso, a água
apresenta baixa qualidade.
� águas apresentam-se pardacentas ou negras;
� OD atinge menor concentração (possível ausência) � predominância de
organismos anaeróbios, risco de maus odores e mortandade de peixes;
� com a diminuição na quantidade de material orgânico biodegradável disponível
� redução na população de bactérias decompositoras e aumento na de� redução na população de bactérias decompositoras e aumento na de
protozoários.
FASE III � gradativa recuperação das condições normais no curso d’água
� clarificação da água;
� depósitos de lodo passam a apresentar textura granulada, não havendo
desprendimento de gases ou mau cheiro;
� redução do consumo de OD� material orgânico presente mais estabilizado,
�oxidação de íons e elementos químicos em formas reduzidas
� redução no número de bactérias � predação exercida por protozoários.
� desenvolvimento de algas (azuis na superfície e margens, flagelados, algas
verdes e diatomáceas � maior disponibilidade de luz e nutrientes � aumento na
concentração de OD;
� aparecimento de microcrustáceos, moluscos, vermes, dinoflagelados, esponjas,
musgos e larvas de insetos e os peixes mais tolerantes.
FASE IV � curso d’água recuperado
� águas limpas;
� presença de formas inorgânicas completamente oxidadas e estáveis;
� concentração de OD próximo à saturação;
� águas ricas em algas;
� diversidade de espécies e restabelecimento da cadeia alimentar;
Perfil de OD em função do tempoPerfil de OD em função do tempo
Variação da concentração de oxigênio dissolvido (OD) ao longo da distância do 
lançamento de águas residuárias orgânicas em curso d’água
Ponto de fundamental importância: OD mínimo Ponto de fundamental importância: OD mínimo �� concentração críticaconcentração crítica
3. Modelos de autodepuração
� processos químicos e físicos complexos e numerosos estão envolvidos �
modelos devem ser usados com cuidado.
� contaminante introduzida em um corpo d'água está sujeito a:
* Transporte advectivo� movimento horizontal ou fluxo de massa
* Dispersão � tendência de espalhamento
* Transformação (reação e degradação) �
alterações físicas, químicas, biológicas ou
combinadas
3.1. Modelo Streeter3.1. Modelo Streeter--PhelpsPhelps
� modelo clássico, criado em 1925 e até hoje largamente empregado.
� aborda unicamente o consumo de oxigênio para oxidação do material orgânico 
e a produção de oxigênio por reaeração atmosférica.
� equações utilizadas:
a) CINÉTICA DA DESOXIGENAÇÃO
dL/dt = -K1.L
em que,
L - concentração de DBO remanescente (mg L-1);
t - tempo (d);
K1 - coeficiente de desoxigenação (d-1).
L = Lo.e-K1 x t
em que Lo é a DBO remanescente em t = 0 ou a DBOu (mg L-1)
DBOu/DBO5 = 1/(1 - e-5 x K1)
Efluente K1 (d
-1) Kd (d
-1)
Rios rasos Rios profundos*
Curso d’água recebendo água residuária concentrada 0,35 – 0,45 0,50-1,00 0,35-0,50
Curso d’água recebendo água residuária de baixa concentração 0,30 – 0,40 0,40-0,80 0,30-0,45
Curso d’água recebendo efluente de tratamento primário 0,30 – 0,40 0,40-0,80 0,30-0,45
Curso d’água recebendo efluente de tratamento secundário 0,12 – 0,24 0,12-0,24 0,12-0,24
Curso d’água com águas limpas 0,08 – 0,20 0,08-0,20 0,08-0,20
Quadro 40. Valores genéricos do coeficiente desoxigenação (K
1
e K
d
), em base e (número de Euler) e
obtidos em temperatura de 20 oC, para vários tipos e condições de cursos d’água
em que,
K1(T) = K1 a uma temperatura T qualquer (d-1)
K1(20) = K1 a uma temperatura de 20 oC (d-1)
T = temperatura do líquido (oC)
θ = coeficiente de temperatura (entre 1,03 a 1,05, usualmente 1,047) 
)20T(
)20(1)T(1 θKK
-×=
Curso d’água com águas limpas 0,08 – 0,20 0,08-0,20 0,08-0,20
K
1
� laboratório; K
d
� curso d’água; 
*consideram-se rios profundos aqueles com profundidade superior a 1,0 ou 1,5 m. Fonte: von Sperling (2007)
b) CINÉTICA DA OXIGENAÇÃO
dD/dt = -K2 x D
em que,
D – deficit de oxigênio dissolvido (D = Cs – Ct)
Cs – concentração de saturação (mg L-1);
Ct – concentração existente em um tempo t (mg L-1)
Dt = Do x e-K2 x t
em que Do é o deficit de oxigênio inicial (mg L-1)
Quadro 41. Valores típicos de K2 (base e, 20oC) 
 
Corpo d’água Profundo (d-1) Raso (d-1) 
Pequenas lagoas 0,12 0,23 
Rios vagarosos, grandes lagos 0,23 0,37 
Grandes rios com baixas velocidades 0,37 0,46 
Grandes rios com velocidade normal 0,46 0,69 
Rios rápidos 0,69 1,15 
Corredeiras e quedas d’água >1,15 >1,61 
 Fair et al. (1973) e Arceivala (1981), citados por von Sperling (1996) 
Quadro 42. Equações que relacionam K2 com a velocidade e a profundidade do curso d’água. 
 
Pesquisador Equação Faixa de aplicação 
O’Connor e Dobbins (1958) 3,73.v0,5H-1,5 
0,6m<H<4,0m 
0,05m/s<v<0,8m/s 
Churchil et al.(1962) 5,0.v0,97H-1,67 
0,6m<H<4,0m 
0,8m/s<v<1,5m/s 
Owens et al .(1976) 5,3v0,67H-1,85 
0,1<H<0,6m 
0,05m/s<v<1,5m/s 
v = velocidade do curso d’água H = altura da lâmina d’água 
Fonte: von Sperling (1996) 
em que,
K2(T) = K2 a uma temperatura T qualquer (d-1)
K2(20) = K2 a uma temperatura de 20 oC (d-1)
T = temperatura do líquido (oC)
θ = coeficiente de temperatura (normalmente 1,024) 
� efeito da temperatura no coeficiente de reaeração K2:
)20T(
)20(2)T(2 θKK
-×=
dD/dt = Kd x L – K2 x D
CURVA DE DEPLEÇÃO DO OXIGÊNIO DISSOLVIDOCURVA DE DEPLEÇÃO DO OXIGÊNIO DISSOLVIDO
integrando, 
×+)(×
)(
×
= ×××
2
22 tK
o
tKtK
d
od
t eDee
KK
LK
D d
---
-
-
como ODt = Ct = Cs-Dt
×+)(×
)(
×
== ×××
2
22 tK
o
tKtK
d
od
stt eDee
KK
LK
CODC d
---
-
-
-
� Cálculo do tempo crítico
cd tKd eL
K
D
×××= -
}]
×
)(×
1×ln{×
)(
1
= 22
2 do
do
dd
c
KL
KKD
K
K
KK
t
-[ -
-
� Cálculo do deficit crítico
Cc = ODc = Cs - Dc
cd tK
o
d
c eL
K
K
D
×
2
××= -
� Cálculo da concentração crítica de oxigênio
� vazão do curso d’água a montante do ponto de lançamento (Qr); 
� vazão de água residuária (Qe);
� oxigênio dissolvido no curso d’água a montante do ponto de lançamento (ODr); 
� oxigênio dissolvido na água residuária (ODe); 
� DBO5 no curso d’água a montante do ponto de lançamento (DBOr); 
Dados de entrada:
Quadro 43. Valores de DBO5 em função das características do curso d’água 
 
Condição do curso d’água DBO5 do curso d’água (mg L-1) 
Bastante limpo 1 
Limpo 2 
Razoavelmente limpo 3 
Duvidoso 5 
Ruim >10 
Fonte Klein (1962), citado por von Sperling (1996) 
� DBO5da água residuária (DBOe); 
� Coeficiente de desoxigenação (K1) e coeficiente de decomposição (Kd); 
� Coeficiente de reaeração (K2); 
� Velocidade de percurso do curso d’água (v); 
� Tempo de percurso (t); 
� Concentração de saturação de OD (Cs); 
Cs = [14,2 x e-0,0212xT-(0,0016 x CCl x e-0,0264xT)] x [0,994 - (0,0001042 x H)]
em que,
� Oxigênio dissolvido mínimo (ODmin). 
em que,
Cs – concentração de saturação de oxigênio (mg L-1);
T – temperatura da água (oC);
CCl – concentração de cloreto (mg L-1);
H – altitude (m)