Submitted by Dilene Paulo (dilene.fatima@ufcg.edu.br) on 2018-03-20T15:47:53Z No. of bitstreams: 1 WHELTON BRITO DOS SANTOS– DISSERTAÇÃO PPGECA 2017.pdf: 2787950 bytes, checksum: 176fe1aec4e0f28aec671343bd1e4daf (MD5) / Made available in DSpace on 2018-03-20T15:47:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 WHELTON BRITO DOS SANTOS– DISSERTAÇÃO PPGECA 2017.pdf: 2787950 bytes, checksum: 176fe1aec4e0f28aec671343bd1e4daf (MD5) Previous issue date: 2017-03-14 / A qualidade sanitária da água é assegurada na etapa de desinfecção do processo de tratamento. No Brasil a Portaria 2.914/2011 do Ministério da Saúde, que dispõe sobre os procedimentos de controle e de vigilância da qualidade da água para consumo humano e seu padrão de potabilidade recomenda residual mínimo de cloro livre de 0,2mgCl2/L, máximo de 2,0mgCl2/L e valor máximo permitido de 5,0mgCl2/L que devem ser assegurados na rede de distribuição. Devido a fatores como, idade das tubulações, vazamentos, material, diâmetro e longas distâncias entre os sistemas de tratamento e os centros de consumo, nem sempre as concentrações recomendadas de cloro residual livre são mantidas em todos os pontos da rede de distribuição de água. Este trabalho tem como objetivo modelar o decaimento do cloro residual livre na rede de distribuição da cidade de Campina Grande, Paraíba, através da determinação dos coeficientes cinéticos de degradação da concentração de cloro residual livre no volume do escoamento (kb), pelo teste da garrafa, e na parede das tubulações (kw), pelo método da tentativa e erro. Como ferramenta de modelagem foi utilizado o EPANET 2.0. A área de estudo desta pesquisa foi a rede de distribuição do bairro da Prata, localizada na zona de pressão B. Este bairro foi escolhido por apresentar rede diversificada, com tubulações de PVC e cimento amianto sendo sua rede de distribuição abastecida pelo reservatório R5 .Com os resultados obtidos foi possível concluir que o decaimento do cloro residual livre na rede de distribuição do bairro da Prata ocorre por reações no volume do escoamento, os valores de kb são elevados nos trechos de ponta de rede e a degradação mais intensa da concentração de cloro residual livre ocorre devido à estagnação da água nas tubulações. / The sanitary quality of the water is assured in the disinfection step of the treatment process. In Brazil Ordinance 2.914/2011 of the Ministry of Health, which regulates the procedures for controlling and monitoring water quality for human consumption and its potability water standard, recommends a minimum free chlorine residual of 0,2mgCl2/L, maximum of 2,0mgCl2/L and the maximum permitted value of 5,0mgCl2/L that must be ensured in the distribution network. Due to factors such as age of pipes, leaks, material, diameter and long distances between treatment systems and consumption centers, the recommended concentrations of free residual chlorine are not always maintained at all points in the water distribution network. This study aims to model the decay of free residual chlorine in the distribution network of the city of Campina Grande, Paraiba, by determining the residual chlorine concentration degradation kinetic free coefficients in the flow volume (kb) by the bottle test and in the wall of the pipes (kw) by the trial and error method. As a modeling tool was used EPANET 2.0. The study area of this research was the distribution network of the district of Prata, located in zone of pressure B. This local was chosen for presenting a diversified network, PVC pipes and asbestos cement being its distribution network supplied by the reservoir R5. With the results was concluded that the decay of the free residual chlorine in the distribution network of the district of Prata occurs by reactions in the volume of the flow, the values of kb are high in the sections of the network and the degradation more intense concentration of free chlorine residual occurs due to stagnation of water in the pipes.

Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / Um dos maiores desafios das companhias brasileiras de saneamento à a disponibilizaÃÃo de Ãgua potÃvel dentro dos padrÃes de qualidade preconizados pela Portaria n 518/2004 do MinistÃrio da SaÃde. Para obtenÃÃo dessa qualidade, à prÃtica comum a utilizaÃÃo de cloro nas estaÃÃes de tratamento de Ãgua, porÃm, este participa de diversas reaÃÃes com os compostos de natureza orgÃnica e inorgÃnica presentes no interior das tubulaÃÃes, reagindo tanto no seio do lÃquido, quanto nas paredes dos tubos, ocasionando o decaimento do cloro ao longo da rede de distribuiÃÃo. Diante do exposto, para tornar mais eficiente o gerenciamento do cloro residual em sistemas distribuiÃÃo de Ãgua, a literatura expÃe a utilizaÃÃo da modelagem, assumindo que os efeitos do decaimento do cloro podem ser representados pelos coeficientes kbulk e kwall. Contudo, o cÃlculo dos valores desses parÃmetros à uma tarefa complexa, em virtude dos sistemas apresentarem diversos tipos de materiais das tubulaÃÃes, variaÃÃo da idade dos tubos que os compÃem e os tipos de mananciais (superficiais e subterrÃneos) inseridos no sistema. Neste trabalho, à desenvolvida uma rotina computacional a fim de determinar o parÃmetro de decaimento do cloro nas paredes das tubulaÃÃes (kwall) em redes de distribuiÃÃo de Ãgua potÃvel, utilizando o MÃtodo Iterativo do Gradiente HidrÃulico Alternativo (MIGHA) como mÃtodo de otimizaÃÃo. O modelo de calibraÃÃo proposto foi aplicado em uma rede modelo, com resultados avaliados de acordo com a quantidade de nÃs com concentraÃÃes do residual de cloro conhecidas. Com o objetivo de comparaÃÃo dos resultados, o modelo proposto, tambÃm foi aplicado em uma rede modelo estudada em outros trabalhos cuja determinaÃÃo do parÃmetro em questÃo foi realizada atravÃs do mÃtodo dos algoritmos genÃticos / One of the biggest challenges of the Brazilian companies to sanitation is the provision of drinking water within the quality standards recommended by the Ordinance No 518/2004 of the Ministry of Health. To obtain this quality, it is common practice to use chlorine in water treatment plants. However, it participates in various reactions with the compounds of organic and inorganic nature on the inside of pipes, reacting both within the liquid, as the walls of the pipes, causing the decay of chlorine throughout the distribution network. Considering the above, to make more efficient the management of residual chlorine in water distribution systems, the literature describes the use of modeling, assuming that the effects of the decay of chlorine can be represented by the coefficients kbulk and kwall. However, the calculation of these parameters is a complex task, because the systems have different types of piping materials, variation of age of the pipes that make up and the types of springs (surface and underground) entered in the system. In this work, it developed a computational routine to determine the parameter of decay of chlorine in the walls of the pipes (kwall) in distribution networks for drinking water, using the Iterative Method of Hydraulic Gradient Alternative (MIGHA) as a method of optimization. The proposed calibration model was applied to a network model, with results evaluated according to the number of nodes with residual chlorine concentrations of the known. In order to compare the results, the proposed model was also applied to a hypothetical network studied in other works whose determination of the parameter in question was performed by the method of genetic algorithms

O uso do cloro como desinfetante em sistemas de água para abastecimento é prática comum nas estações de tratamento de água. Introduzido durante o processo de tratamento, o cloro participa de diversas reações com compostos de naturezas orgânicos e inorgânicos no interior das tubulações. Tais reações ocorrem na massa líquida e junto às paredes das tubulações e são responsáveis pelo decaimento do cloro ao longo das redes. Visualizando a modelagem como uma ferramenta eficiente para gerenciar o cloro residual em sistemas de distribuição de água, muitos estudos foram realizados e reportados pela literatura, assumindo que os efeitos de decaimento de cloro podem ser bem representados pelos coeficientes kb e kw. Entretanto, a determinação de valores para parâmetros em questão não é uma tarefa fácil, devido à complexidade dos sistemas enfocados em termos da diversidade de materiais das tubulações e mananciais (superficiais e subterrâneos). No Brasil, apesar de legislação recente estabelecer limites restritivos para o cloro na água potável (após desinfecção, a concentração de cloro deve observar a concentração mínima de 0,5 mg/L, sendo o mínimo nível aceito em sistemas de distribuição de 0,2 mg/L e o máximo de 2,0 mg/L), poucos estudos enfocam a avaliação dos parâmetros de decaimento. Esta pesquisa apresenta a aplicação de um modelo inverso elaborado para determinar a ordem para o modelo de decaimento do cloro e os valores globais e/ou locais para o kb e o kw. Sendo programado com o suporte do simulador de EPANET 2 (toolkit) e os algoritmos genéticos como ferramenta de otimização, implementado através da biblioteca de GAlib C++. Os estudos foram realizados em dois sistemas reais da distribuição da água em que foram considerados parâmetros globais e parâmetros específicos da qualidade. Para a investigação da determinação de parâmetros de decaimento de cloro em sistemas de distribuição com vazamento em função da pressão, foi adotada uma rede hipotética com três fontes de cloro. Esse sistema permitiu a calibração e a validação do modelo, assim como a avaliação da influência hidráulica na determinação dos resultados de qualidade de água. / The use of chlorine as disinfectant in water supply systems has been a common practice adopted by the water industry. Introduced during the treatment process, chlorine participates in several reactions with compounds of organic and inorganic nature inside the pipes. Such reactions that occur in the bulk and the wall of the pipes are responsible for chlorine decay along the networks. Visualizing the modeling as an efficient tool to manage the chlorine residual in water distribution systems, many studies have been conducted and reported by the literature, assuming that the chlorine decay effects can be well represented by the decay coefficients kb and kw. However, the determination of values for theses parameters is not an easy task, due to the complexity of the focused systems in terms of pipe materials and water supply sources diversity (surface water and groundwater). In Brazil, instead of recent legislation stating more strict limits for chlorine in drinking water (after disinfection, chlorine concentration has to observe the minimum concentration of 0.5 mg/L, being the minimum accepted level in the distribution system of 0.2 mg/L and the maximum of 2.0 mg/L), few studies focus on the evaluation of the decay parameters. This research reports the application of an inverse model built to determine the order for chlorine decay model and the global and/or local values for kb and kw. It is codified with the support of EPANET 2 (Toolkit) simulator and technology of genetic algorithms as optimization tool, which is implemented by using the GAlib C++ library. The studies were conducted on two real water distribution systems considering both global and specific quality parameters. A hypothetical network with three sources of chlorine was studied too, admitting leakage as pressure function. This system permitted both calibration and validation of the model as well as the evaluation of hydraulic calibration influence on the water quality results.

Submitted by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2018-08-13T11:23:42Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Luciano de Oliveira - 2018.pdf: 5027134 bytes, checksum: a0469fdd822b10eda9e451f4b9c889b2 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2018-08-13T11:51:19Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Luciano de Oliveira - 2018.pdf: 5027134 bytes, checksum: a0469fdd822b10eda9e451f4b9c889b2 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2018-08-13T11:51:19Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Luciano de Oliveira - 2018.pdf: 5027134 bytes, checksum: a0469fdd822b10eda9e451f4b9c889b2 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2018-07-13 / The chlorination process is the most used to promote disinfection of water intended for human consumption. During the course of chlorinated water in the supply systems, the concentration of free residual chlorine (FRC), whose reaction rate depends on the characteristics of the natural water, occurs. In this work, we studied the decay of the FRC concentration related to the reactions in the liquid mass in two types of water, of subterranean and superficial origin, with different concentrations of organic matter, with the perspective of the influence of the water travel time, dependent on consumption scenarios in real distribution networks, whose supply modules are characterized by low population density and that operate under the initial demand conditions predicted in the projects. The effect of temperature and total organic carbon on the values of mass decay kinetic constants (k b ), used in mathematical models that simulate water quality, was considered. The results showed that the variation of the kb values is directly proportional to the water temperature and the TOC. For initial concentrations close to 1.00 mg.L -1 , the values of the kinetic constants for waters from surface water sources maintained in the temperature ranges of 20 to 21 °C and 30 to 31 °C were respectively 0.0888 day -1 and 0.1200 day -1 for samples collected at the ETA filter output of the DAIAsystem and TOC value of 0.4798 mg.L -1 and equal to and 0.1680 day -1 and 0.3024 day -1 for the samples collected at the filter outputs of the Piancó and TOC system ETA of 0.8750 mg.L - . In samples of groundwater with TOC of 0.1740 mg.L -1 , maintained at the same temperature 1 ranges, the kinetic coefficients were 0.0264 day -1 and 0.0480 day -1 , respectively. Experiments for temperature between 30 and 31 °C and near test duration showed a significant difference in chlorine decay behavior in filtered water samples collected at conventional treatment plants, which showed a residual chlorine loss percentage of 64.81% in relation to the initial concentration of 1.08 mg.L -1 of disinfectant (ETA DAIA) and 33.65% in relation to the initial concentration of 1.05 mg.L -1 of disinfectant (ETA Piancó). Raw water samples from the underground spring lost 14.33% of the initial concentration of 1.04 mg.L -1 . The travel times for the most critical nodes and the minimum disinfectant concentrations at the entrance of the supply modules to comply with the legislation were 40 hours and 0.27-0.28 mg.L -1 for the distribution networks of the condominium Valley of the Birds and 144 hours and 0.30-0.36 mg.L -1 for the condominium Terras Alphaville. / O processo de cloração é o mais utilizado para promover a desinfecção das águas destinadas ao consumo humano. Durante o percurso da água clorada nos sistemas de abastecimento ocorre o decaimento da concentração do cloro residual livre (CRL), cuja taxa de reação depende das características da água natural. Neste trabalho estudou-se o decaimento da concentração do CRL relacionado às reações na massa líquida em dois tipos de águas, de origem subterrânea e superficial, com diferentes concentrações de matéria orgânica, com aperspectiva da influência do tempo de percurso da água, dependente de cenários de consumo em redes de distribuição reais, cujos módulos de abastecimento são caracterizados pelo baixo adensamento populacional e que operam nas condições iniciais de demanda previstas nos projetos. Considerou-se o efeito da temperatura e do carbono orgânico total sobre os valores das constantes cinéticas de decaimento em massa (k b ), utilizadas nos modelos matemáticos que simulam a qualidade da água. Os resultados mostraram que a variação dos valores de k b é diretamente proporcional à temperatura da água e ao COT. Para concentrações iniciais próximas a 1,00 mg.L -1 os valores das constantes cinéticas, para águas provenientes de mananciais superficiais mantidas nas faixas de temperatura de foram, respectivamente, iguais a 0,0888 20 a 21 °C e 30 a 31 °C, dia -1 e 0,1200 dia -1 para amostras coletas na saída do filtro da ETA do sistema DAIA e valor de COT de 0,4798 mg.L -1 e iguais a e 0,1680 dia -1 e 0,3024 dia -1 para as amostras coletas na saídas do filtro da ETA do sistema Piancó e COT de 0,8750 mg.L -1 . Em amostras de água subterrânea com COT de 0,1740 mg.L -1 , mantidas nas mesmas faixas de temperatura, os coeficientes cinéticos foram iguais a 0,0264 dia -1 e 0,0480 dia -1 , respectivamente. Os experimentos para temperatura entre 30 e 31 °C e tempos próximos de duração dos testes demonstraram diferença significativa no comportamento do decaimento do cloro em amostras de água filtrada coletadas nas estações de tratamento convencional que apresentaram porcentagem de perda de cloro residual de 64,81 % em relação à concentração inicial de 1,08 mg.L -1 de desinfetante (ETA DAIA) e 33,65 % em relação à concentração inicial de 1,05 mg.L -1 de desinfetante (ETA Piancó). Amostras de água bruta do manancial subterrâneo perderam 14,33 % da concentração inicial de 1,04 mg.L -1 . Os tempos de percurso para os nós mais críticos e as concentrações mínimas de desinfetante na entrada dos módulo de abastecimento para atendimento à legislação foram iguais a 40 horas e 0,27-0,28 mg.L -1 para as redes de distribuição do condomínio Vale dos Pássaros e 144 horas e 0,30-0,36 mg.L -1 para o condomínio Terras Alphaville.

O uso do cloro como desinfetante em sistemas de água para abastecimento é prática comum nas estações de tratamento de água. Introduzido durante o processo de tratamento, o cloro participa de diversas reações com compostos de naturezas orgânicos e inorgânicos no interior das tubulações. Tais reações ocorrem na massa líquida e junto às paredes das tubulações e são responsáveis pelo decaimento do cloro ao longo das redes. Visualizando a modelagem como uma ferramenta eficiente para gerenciar o cloro residual em sistemas de distribuição de água, muitos estudos foram realizados e reportados pela literatura, assumindo que os efeitos de decaimento de cloro podem ser bem representados pelos coeficientes kb e kw. Entretanto, a determinação de valores para parâmetros em questão não é uma tarefa fácil, devido à complexidade dos sistemas enfocados em termos da diversidade de materiais das tubulações e mananciais (superficiais e subterrâneos). No Brasil, apesar de legislação recente estabelecer limites restritivos para o cloro na água potável (após desinfecção, a concentração de cloro deve observar a concentração mínima de 0,5 mg/L, sendo o mínimo nível aceito em sistemas de distribuição de 0,2 mg/L e o máximo de 2,0 mg/L), poucos estudos enfocam a avaliação dos parâmetros de decaimento. Esta pesquisa apresenta a aplicação de um modelo inverso elaborado para determinar a ordem para o modelo de decaimento do cloro e os valores globais e/ou locais para o kb e o kw. Sendo programado com o suporte do simulador de EPANET 2 (toolkit) e os algoritmos genéticos como ferramenta de otimização, implementado através da biblioteca de GAlib C++. Os estudos foram realizados em dois sistemas reais da distribuição da água em que foram considerados parâmetros globais e parâmetros específicos da qualidade. Para a investigação da determinação de parâmetros de decaimento de cloro em sistemas de distribuição com vazamento em função da pressão, foi adotada uma rede hipotética com três fontes de cloro. Esse sistema permitiu a calibração e a validação do modelo, assim como a avaliação da influência hidráulica na determinação dos resultados de qualidade de água. / The use of chlorine as disinfectant in water supply systems has been a common practice adopted by the water industry. Introduced during the treatment process, chlorine participates in several reactions with compounds of organic and inorganic nature inside the pipes. Such reactions that occur in the bulk and the wall of the pipes are responsible for chlorine decay along the networks. Visualizing the modeling as an efficient tool to manage the chlorine residual in water distribution systems, many studies have been conducted and reported by the literature, assuming that the chlorine decay effects can be well represented by the decay coefficients kb and kw. However, the determination of values for theses parameters is not an easy task, due to the complexity of the focused systems in terms of pipe materials and water supply sources diversity (surface water and groundwater). In Brazil, instead of recent legislation stating more strict limits for chlorine in drinking water (after disinfection, chlorine concentration has to observe the minimum concentration of 0.5 mg/L, being the minimum accepted level in the distribution system of 0.2 mg/L and the maximum of 2.0 mg/L), few studies focus on the evaluation of the decay parameters. This research reports the application of an inverse model built to determine the order for chlorine decay model and the global and/or local values for kb and kw. It is codified with the support of EPANET 2 (Toolkit) simulator and technology of genetic algorithms as optimization tool, which is implemented by using the GAlib C++ library. The studies were conducted on two real water distribution systems considering both global and specific quality parameters. A hypothetical network with three sources of chlorine was studied too, admitting leakage as pressure function. This system permitted both calibration and validation of the model as well as the evaluation of hydraulic calibration influence on the water quality results.