48º CBQ - SIMULAÇÃO DO PROCESSO DE REAERAÇÃO DO RIO MEIA PONTE, GOIÂNIA-GO, EM ESCALA DE BANCADA

ÁREA: Iniciação Científica

TÍTULO: SIMULAÇÃO DO PROCESSO DE REAERAÇÃO DO RIO MEIA PONTE, GOIÂNIA-GO, EM ESCALA DE BANCADA

AUTORES: VIEIRA, C.B. (UEG) ; BRANDELERO,S.M. (UFG) ; COSTA, O.S. (UEG) ; SIQUEIRA, E.Q. (UFG)

RESUMO: A reaeração é um fenômeno natural de reposição de oxigênio dissolvido em corpos d’água, que pode ser simulada em laboratório por meio de um sistema hidráulico de turbulência. Este trabalho teve como objetivo simular níveis de turbulência que propiciam um baixo coeficiente de reaeração da água à 20°C (Ka20), utilizando-se diferentes tipos de impulsores rotativos em profundidades diferentes. Os impulsores menores, um de 3 cm e outro de 5 cm, apresentaram pouca diferença na média de Ka20, quando comparado à média obtida com impulsores maiores, ~ 1,39 e 1,40 d-1, respectivamente. Todavia ambos forneceram valores menores de Ka20 em relação aos impulsores de maior diâmetro (7,5 cm), aproximando-se dos valores apresentados pelo Rio Meia Ponte (Goiás, GO), onde foram coletadas as amostras de água.

PALAVRAS CHAVES: turbulência, reaeração, meia ponte.

INTRODUÇÃO: Um dos principais indicadores da qualidade da água é a concentração de oxigênio dissolvido (OD), requisito essencial para a sobrevivência de organismos aeróbios. Durante a degradação da matéria orgânica, as bactérias utilizam o oxigênio nos seus processos respiratórios, causando a redução do mesmo no meio aquático. O aumento da quantidade de matéria orgânica, proveniente principalmente de despejos industriais e domésticos, gera a diminuição do oxigênio dissolvido na água e, conseqüentemente, à morte de peixes e geração de maus odores em virtude da predominância de condições anaeróbias (SPERLING, 1996).
A reposição de oxigênio dissolvido consumido em um curso d’água natural ocorre, principalmente, pela absorção física do oxigênio da atmosfera por meio da movimentação turbulenta sofrida pela água em escoamento. Este fenômeno é conhecido como reaeração ou reoxigenação. A capacidade de reaeração está diretamente relacionada com o nível de turbulência na superfície da água, e é quantificada pelo parâmetro cinético, de reação de primeira ordem, conhecido como coeficiente de reoxigenação ou reaeração (COSTA, 1998).
A simulação do processo de reaeração em nível de bancada pode servir como estudo básico para comparação deste fenômeno em rios. Neste estudo o objetivo foi simular níveis de turbulência do processo de reaeração em escala de laboratório, por meio de um sistema hidráulico simulador de turbulência, visando também o desenvolvimento de metodologia específica para a quantificação de coeficientes de reaeração (Ka).

MATERIAL E MÉTODOS: Ensaios de bancadas foram conduzidos em sistema hidráulico simulador de turbulência (Figura 1), usando-se 4 tipos de impulsores rotativos, 2 palhetas de diâmetros maiores e 2 de diâmetros menores, cujas dimensões do diâmetro da lâmina (DL), largura da lâmina (LL) e distância do fundo do jarro até a lâmina do impulsor rotativo (H) eram: Tipo I – DL = 7,5 cm, LL = 2,5 cm e H = 2,5 cm; Tipo II – DL = 7,5 cm, LL = 1 cm e H = 3,5 cm; Tipo III – DL = 5 cm, LL = 1 cm e H = 3,5 cm; e Tipo IV – DL = 3 cm, LL = 1 cm e H = 3,5 cm. O sistema foi calibrado para uma rotação mínima de 22,32 rpm.
Água do Rio Meia Ponte, utilizada nos ensaios, foi coletada pontualmente em trecho do rio localizado na cidade de Goiânia-GO com freqüência mensal, de julho a setembro de 2007. As amostras de água foram deaeradas fisicamente antes do início de cada simulação.
Em cada ensaio de reaeração, com diferentes níveis de turbulência, eram medidos oxigênio dissolvido (OD) e temperatura (T), durante 5 h. Os dados de OD em função do tempo foram dispostos em gráfico. Ka foi determinado pelo ajuste do modelo não linear de primeira ordem, Dt = Doexp(-Ka.t), sendo Dt = CS – Ci = déficit de oxigênio dissolvido instantâneo, t = tempo, Ka = coeficiente de reaeração (d -1), CS = concentração de saturação (mg.L-1), Ci = concentração instantânea (mg.L-1). Os valores de Ka foram corrigidos para a temperatura padrão de 20°C, utilizando-se a seguinte equação: Ka = K20.(Y)^T-20, sendo K = coeficiente de reaeração (d-1) K20 = coeficiente de reaeração à 20ºC (d-1), Y = fator de correção da temperatura = 1,024, T = temperatura (°C).

RESULTADOS E DISCUSSÃO: A Figura 2 ilustra os resultados das simulações para cada tipo de impulsor rotativo, que compreenderam os valores da distância entre o fundo do jarro e a lâmina do impulsor rotativo (H); concentração inicial de oxigênio (Co); concentração de saturação (CS); temperatura da água (T); Ka à temperatura ambiente; e Ka20 corrigidos à temperatura padrão de 20°C.
Observa-se que na Simulação 1 os valores de Ka20 foram maiores, com os impulsores mais profundos, isto pode ser justificado pelo fato deste impulsor ser mais largo (2,5 cm). Leite (2004) obteve valores de Ka20 em rio, de 0,25 d-1 para 4 m de profundidade e 0,02 d-1 para 20 m de profundidade. Bárbara (2006) obteve valores de Ka20 na faixa de 0,02 a 1,40 d-1 em rio caracterizado como lento e profundo. Siqueira (1996) obteve valores de Ka20 para o Rio Meia Ponte na faixa de 2,25 a 3,50 d-1 em trecho de maior velocidade e menor profundidade. Logo, Brandelero (2008) obteve valores de Ka20 no mesmo trecho aonde foram coletadas as amostras do presente estudo, de 0,63 a 2,34 d-1. Na Simulação 2, a redução dos valores de Ka20 pode ser justificado pela menor largura do impulsor (1 cm). Na Simulação 3, a redução do valor de Ka20 pode ser justificado pelo diâmetro do impulsor de 5 cm, enquanto que na Simulação 4, a redução dos valores de Ka20 não foi significativa, aonde o diâmetro do impulsor foi 3 cm.

CONCLUSÕES: Observou-se que para larguras e diâmetros menores das lâminas dos impulsores rotativos ocorreu menor nível de turbulência na água, favorecendo a entrada de oxigênio no meio com velocidade menor e, conseqüentemente, um menor valor de Ka20. Em relação à profundidade, sabe-se que ao afastar a lâmina da superfície da água, o processo de reaeração é mais lento e, portanto, menor é o valor de Ka20. Todavia tal fato não foi observado neste trabalho, pois os impulsores mais profundos eram maiores e mais largos, o que contribuiu para uma maior turbulência na água e um aumento nos valores de Ka20.

AGRADECIMENTOS: À UFG pela infra-estrutura oferecida para a realização deste trabalho.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: BARBARA, V.F. Uso do modelo QUAL2E no estudo da qualidade da água e da capacidade de autodepuração do Rio Araguari-AP (Amazônia). Dissertação de mestrado. Universidade Federal de Goiás, Escola de Engenharia Civil, Programa de Pós-graduação em Engenharia do Meio Ambiente, 2006, 174p.
BRANDELERO, S.M. Quantificação de parâmetros cinéticos de nitrogênio e oxigênio em águas superficiais para aplicação em modelos matemáticos de qualidade da água. Dissertação de mestrado. Universidade Federal de Goiás, Escola de Engenharia Civil, Programa de Pós-graduação em Engenharia do Meio Ambiente, 2008, 139p.
COSTA, O. S. Contribuição à metodologia para determinação indireta do coeficiente de reaeração dos escoamentos naturais da água com emprego do método da sonda solúvel. Tese de Doutorado. Universidade de São Carlos-USP/Escola de Engenharia de São Carlos-EESC, Departamento de Hidráulica e Saneamento, São Carlos, 1998.
LEITE, A.E.B. Simulação do lançamento dede esgotos domésticos em rios usando o modelo de qualidade d’água, SisBAHIA. Dissertação de mestrado. Escola Nacional de Saúde Pública, Fiocruz, Rio de Janeiro, 2004, 94p.
SIQUEIRA, E.Q. de. Aplicação do modelo de qualidade de água (QUAL2E) na modelação de oxigênio dissolvido no rio Meia Ponte (GO). Dissertação de Mestrado. Universidade de São Carlos-USP/Escola de Engenharia de São Carlos-EESC, Departamento de Hidráulica e Saneamento, São Carlos, 1996, 90p.
SPERLING, M.V. Introdução à qualidade das águas e ao tratamento de esgotos. 2.ed. v.1. Belo Horizonte, Depart. de Engenharia Sanitária e Ambiental, UFMG, 1996.