Made available in DSpace on 2017-05-12T14:46:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Leandro Fleck.pdf: 1897702 bytes, checksum: b3e258336499f4a0de7936279b0ee27c (MD5) Previous issue date: 2014-01-31 / The development of human activities generates high amounts of industrial effluent, which has a high impact on watercourses, mainly due to organic load constituents. Among the methods used to control water pollution, the method of mathematical modeling stands out, a simulation tool that allows the generation of future scenarios. This study proposes to generate a mathematical model of water quality that simulates the process of aerobic self-depuration of organic matter from watercourses. For this purpose, it was used a water bath coupled to a jar test, providing temperature control from 20 to 28 °C, and flow velocity from 0.29 to 0.87 m s-1, similarly to natural conditions. The trials were conducted using a synthetic effluent with an initial COD concentration of 50 mg L-1, based on a Central Composite Design (DCC), composed of seven trials. All trials lasted 15 days, with effluent samples collected daily for the analysis of Chemical Oxygen Demand (COD) and Dissolved Oxygen (OD). A mathematical equation was developed for each day of self-depuration. The final mathematical model gathers 15 equations of self-depuration. The significance of the equations was measured using the analysis of variance to 10%. To validate the proposed model, a self-depuration trial was carried out under the conditions of 26 °C and 0.38 m s-1 with an initial COD concentration of 30 mg L-1. The analysis of variance was performed for the proposed mathematical model as well as the analysis of normality and homoscedasticity for waste, with a significance level of 5%.There are indications that the temperature significantly had an influence in the kinetics of aerobic decomposition of organic matter in the first and from the sixth to the fifteenth day self-depuration. The flow velocity significantly influenced in the eighth and from the twelfth to the fifteenth day of self-depuration, and the interaction between the factors in the eighth and fifteenth day of self-depuration, with p-values lower than the significance level adopted. With a confidence interval of 90%, the equations representing the first and from the seventh to the fifteenth day of self-depuration are statistically significant, with coefficients of determination (R2) greater than 84%. The proposed model adequately described the experimental data obtained in the validation trial, presented p-value of 2.49 E-17, lower than the level of significance adopted, of 5%. Thus, the model proposed can be considered statistically significant, describing the total variation of responses, with a ratio of 99.46%. The proposed mathematical model described the process of self-depuration in watercourses within the temperature and flow velocity intervals in which it was generated / O desenvolvimento das atividades humanas teve como consequência direta a geração de elevada quantidade de efluentes industriais, altamente impactantes aos cursos hídricos receptores, devido principalmente à carga orgânica constituinte. Dentre os métodos utilizados para o controle da poluição hídrica, destaca-se a modelagem matemática, a qual, sendo uma ferramenta de simulação, possibilita a geração de cenários futuros. O presente estudo propõe a geração de um modelo matemático de qualidade da água que possibilite simular o processo de autodepuração aeróbia da matéria orgânica de um corpo hídrico. Para a realização do estudo utilizou-se um banho-maria acoplado a um jar test, possibilitando o controle da temperatura na faixa de 20 a 28 °C e velocidade de fluxo na faixa de 0,29 a 0,87 m s-1, valores típicos encontrados em condições naturais. Os ensaios foram conduzidos utilizando-se efluente sintético a partir de uma concentração inicial de DQO de 50 mg L-1, com base em um Delineamento Composto Central (DCC), composto por 7 ensaios. Todos os ensaios tiveram duração de 15 dias, com coletas diárias de amostras de efluente para análise de Demanda Química de Oxigênio (DQO) e Oxigênio Dissolvido (OD). Gerou-se uma equação matemática para cada dia de autodepuração. O modelo matemático final reúne 15 equações de autodepuração. A significância das equações foi avaliada utilizando-se a Análise de Variância a 10%. Realizou-se a validação do modelo proposto, com base em um ensaio de autodepuração conduzido nas condições de 26 °C e 0,38 m s-1 a partir de uma concentração inicial de DQO de 30 mg L-1. Realizou-se a análise de variância para o modelo matemático proposto, assim como análise de normalidade e homoscedasticidade para os resíduos, com um nível de significância de 5%. Há indícios de que a temperatura influenciou significativamente na cinética de decomposição aeróbia da matéria orgânica no primeiro e do sexto ao décimo quinto dia autodepuração. A velocidade de fluxo influenciou significativamente no oitavo e do décimo segundo ao décimo quinto dia de autodepuração e a interação entre os fatores, no oitavo e no décimo quinto dia de autodepuração, apresentando p-valores menores que o nível de significância adotado. Com um intervalo de confiança de 90%, as equações representativas do primeiro e do sétimo ao décimo quinto dia de autodepuração, são estatisticamente significativas, apresentando coeficientes de determinação (R2) superiores a 84%. O modelo proposto descreveu satisfatoriamente os dados experimentais obtidos no ensaio de validação, apresentado p-valor de 2,49E-17, menor que o nível de significância adotado, de 5%. Assim, considera-se o modelo proposto como sendo estatisticamente significativo, descrevendo a variação total das respostas, com uma proporção de 99,46%. O modelo matemático proposto descreve satisfatoriamente o processo natural de autodepuração em cursos hídricos, dentro dos limites de temperatura e velocidade de fluxo em que foi gerado

Made available in DSpace on 2017-07-10T19:23:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Leandro Fleck.pdf: 1897702 bytes, checksum: b3e258336499f4a0de7936279b0ee27c (MD5) Previous issue date: 2014-01-31 / The development of human activities generates high amounts of industrial effluent, which has a high impact on watercourses, mainly due to organic load constituents. Among the methods used to control water pollution, the method of mathematical modeling stands out, a simulation tool that allows the generation of future scenarios. This study proposes to generate a mathematical model of water quality that simulates the process of aerobic self-depuration of organic matter from watercourses. For this purpose, it was used a water bath coupled to a jar test, providing temperature control from 20 to 28 °C, and flow velocity from 0.29 to 0.87 m s-1, similarly to natural conditions. The trials were conducted using a synthetic effluent with an initial COD concentration of 50 mg L-1, based on a Central Composite Design (DCC), composed of seven trials. All trials lasted 15 days, with effluent samples collected daily for the analysis of Chemical Oxygen Demand (COD) and Dissolved Oxygen (OD). A mathematical equation was developed for each day of self-depuration. The final mathematical model gathers 15 equations of self-depuration. The significance of the equations was measured using the analysis of variance to 10%. To validate the proposed model, a self-depuration trial was carried out under the conditions of 26 °C and 0.38 m s-1 with an initial COD concentration of 30 mg L-1. The analysis of variance was performed for the proposed mathematical model as well as the analysis of normality and homoscedasticity for waste, with a significance level of 5%.There are indications that the temperature significantly had an influence in the kinetics of aerobic decomposition of organic matter in the first and from the sixth to the fifteenth day self-depuration. The flow velocity significantly influenced in the eighth and from the twelfth to the fifteenth day of self-depuration, and the interaction between the factors in the eighth and fifteenth day of self-depuration, with p-values lower than the significance level adopted. With a confidence interval of 90%, the equations representing the first and from the seventh to the fifteenth day of self-depuration are statistically significant, with coefficients of determination (R2) greater than 84%. The proposed model adequately described the experimental data obtained in the validation trial, presented p-value of 2.49 E-17, lower than the level of significance adopted, of 5%. Thus, the model proposed can be considered statistically significant, describing the total variation of responses, with a ratio of 99.46%. The proposed mathematical model described the process of self-depuration in watercourses within the temperature and flow velocity intervals in which it was generated / O desenvolvimento das atividades humanas teve como consequência direta a geração de elevada quantidade de efluentes industriais, altamente impactantes aos cursos hídricos receptores, devido principalmente à carga orgânica constituinte. Dentre os métodos utilizados para o controle da poluição hídrica, destaca-se a modelagem matemática, a qual, sendo uma ferramenta de simulação, possibilita a geração de cenários futuros. O presente estudo propõe a geração de um modelo matemático de qualidade da água que possibilite simular o processo de autodepuração aeróbia da matéria orgânica de um corpo hídrico. Para a realização do estudo utilizou-se um banho-maria acoplado a um jar test, possibilitando o controle da temperatura na faixa de 20 a 28 °C e velocidade de fluxo na faixa de 0,29 a 0,87 m s-1, valores típicos encontrados em condições naturais. Os ensaios foram conduzidos utilizando-se efluente sintético a partir de uma concentração inicial de DQO de 50 mg L-1, com base em um Delineamento Composto Central (DCC), composto por 7 ensaios. Todos os ensaios tiveram duração de 15 dias, com coletas diárias de amostras de efluente para análise de Demanda Química de Oxigênio (DQO) e Oxigênio Dissolvido (OD). Gerou-se uma equação matemática para cada dia de autodepuração. O modelo matemático final reúne 15 equações de autodepuração. A significância das equações foi avaliada utilizando-se a Análise de Variância a 10%. Realizou-se a validação do modelo proposto, com base em um ensaio de autodepuração conduzido nas condições de 26 °C e 0,38 m s-1 a partir de uma concentração inicial de DQO de 30 mg L-1. Realizou-se a análise de variância para o modelo matemático proposto, assim como análise de normalidade e homoscedasticidade para os resíduos, com um nível de significância de 5%. Há indícios de que a temperatura influenciou significativamente na cinética de decomposição aeróbia da matéria orgânica no primeiro e do sexto ao décimo quinto dia autodepuração. A velocidade de fluxo influenciou significativamente no oitavo e do décimo segundo ao décimo quinto dia de autodepuração e a interação entre os fatores, no oitavo e no décimo quinto dia de autodepuração, apresentando p-valores menores que o nível de significância adotado. Com um intervalo de confiança de 90%, as equações representativas do primeiro e do sétimo ao décimo quinto dia de autodepuração, são estatisticamente significativas, apresentando coeficientes de determinação (R2) superiores a 84%. O modelo proposto descreveu satisfatoriamente os dados experimentais obtidos no ensaio de validação, apresentado p-valor de 2,49E-17, menor que o nível de significância adotado, de 5%. Assim, considera-se o modelo proposto como sendo estatisticamente significativo, descrevendo a variação total das respostas, com uma proporção de 99,46%. O modelo matemático proposto descreve satisfatoriamente o processo natural de autodepuração em cursos hídricos, dentro dos limites de temperatura e velocidade de fluxo em que foi gerado

Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Gerais / This study evaluated the capacity of self-depuration of the Jordão River considering the true contributions of the Brejo Alegre stream in time of drought and during the rainy period, having in sight the launching of effluents of part of Araguari town, Minas Gerais, in the stream using QUAL-UFMG model. There was the simulation of two situations, considering estimated pollutant loads of Sewage Treatment Plants and the low capacity of dilution of the river for the critical flow, using anaerobic lake treatment system followed by facultative lake (1st Situation) and by conventional activated sludge (2nd Situation), launched directly at the confluence of Brejo Alegre stream and Jordão River. Parallel to the study of self-depuration it was determined the key-curve in a specific point of the Jordão River, beyond the Water Quality Index in the Brejo Alegre stream right at the confluence with the Jordão River, and along the Jordão River, for the periods of drought and rain. In the tracing of the key-curve, the data measured adjusted well to the estimated ones of flow, reaching the equation Q = 9.804.(h+0.7)3.672, attributing the Coefficient of Determination to equal to 0.815 until the absence of rotation counter of the reel s helices in the beginning of the experimental activities. The study of Water Quality Index for the period of drought detected a good level for the Jordão River at all points, coinciding with the level encountered in the 2nd trimester of 2010, in according to the Instituto Mineiro de Gestão de Águas monitoring, resulting Water Quality Index equal to 66.92, 87.90, 86.73, 87.79 and 87.97, respectively, for the Brejo Alegre stream, points A, B, C and D of the Jordão River, from upstream to downstream. Yet in the rainy period it achieved medium level of Water Quality Index for the Brejo Alegre stream and point A of the Jordão River upstream from the confluence of the stream and a good level for the Jordão River downstream from the confluence, being equal to 57.77, 52.59, 86.29 and 77.73, respectively, for the Brejo Alegre stream, points A, B and D of the Jordão River, from upstream to downstream. The simulations for the drought period and rainy period presented satisfactory adjusts to the data measured to the estimated, showing the prevalence of the deoxygenating by carbonaceous demand over the nitrification and the importance of the natural repair in the self-depurating process. The dissolved oxygen, nitrogen and fractions, phosphorus and fecal coliform (Escherichia-coli in this study) parameters respected the limits recommended by the Conselho Nacional do Meio Ambiente, Resolution 357:2005, in all its extension, for the Class 2 rivers, classification in which the Jordão River fits. In regard to biochemical oxygen demand, the whole section is out of the regulation due to the reception of pollutant loads from the Brejo Alegre stream. As for the simulating of extreme situations, a pollution estimated for 7422 habitants for the 1st Situation and 14840 habitants for the 2nd Situation would guarantee the capacity of self-depuration of the Jordão River, respecting the recommendations of the Resolution 357:2005, considering the imprecision of the methodology of analysis of the biochemical oxygen demand and that in the simulations it was used a critical flow of the Jordão River 2.6 times inferior to the smallest flow measured in the period of drought. / Este trabalho avaliou a capacidade de autodepuração do rio Jordão considerando-se as contribuições reais do córrego Brejo Alegre em período de estiagem e chuvoso, tendo em vista o lançamento de efluentes brutos de parte da cidade de Araguari, Minas Gerais, no córrego, utilizando o modelo QUAL-UFMG. Também simulou-se dois cenários, considerando cargas poluidoras estimadas de Estações de Tratamento de Esgoto e a baixa capacidade de diluição do rio para a vazão crítica, utilizando sistema de tratamento por lagoa anaeróbia seguida por lagoa facultativa (1º Cenário) e por lodo ativado convencional (2º Cenário), lançadas diretamente na confluência do córrego Brejo Alegre com o rio Jordão. Paralelo ao estudo de autodepuração foi determinada a curva-chave em um ponto específico do rio Jordão, além do Índice de Qualidade das Águas no córrego Brejo Alegre logo na confluência com o rio Jordão, e ao longo do rio Jordão, para os períodos de estiagem e chuvoso. No traçado da curva-chave, os dados medidos ajustaram-se bem aos estimados de vazão, alcançando a equação Q = 9,804.(h+0,7)3,672, atribuindo o Coeficiente de Determinação igual a 0,815 à ausência de contador de rotações da hélice do molinete no início das atividades experimentais. O estudo do Índice de Qualidade das Águas para o período de estiagem detectou nível bom para o rio Jordão em todos os pontos, coincidindo com o nível encontrado no 2º trimestre de 2010, de acordo com o monitoramento do Instituto Mineiro de Gestão das Águas, resultando Índice de Qualidade das Águas igual a 66,92, 87,90, 86,73, 87,79 e 87,97, respectivamente, para o córrego Brejo Alegre, pontos A, B, C e D do rio Jordão, de montante a jusante. Já no período chuvoso alcançou-se nível médio do Índice de Qualidade das Águas para o córrego Brejo Alegre e ponto A no rio Jordão a montante da confluência com o córrego e nível bom para o rio Jordão a jusante da confluência, sendo igual a 57,77, 52,59, 86,29 e 77,73, respectivamente, para o córrego Brejo Alegre, pontos A, B e D do rio Jordão, de montante a jusante. As simulações para o período de estiagem e chuvoso apresentaram satisfatórios ajustes dos dados medidos aos estimados, evidenciando a prevalência da desoxigenação por demanda carbonácea sobre a nitrificação e a importância da reaeração natural no processo de autodepuração. Os parâmetros oxigênio dissolvido, nitrogênio e frações, fósforo e coliformes termotolerantes (Escherichia-coli neste trabalho) respeitaram os limites preconizados pelo Conselho Nacional do Meio Ambiente, Resolução 357:2005, em toda a sua extensão, para rios de Classe 2, classificação em que o rio Jordão enquadra-se. Com relação a demanda bioquímica de oxigênio, todo o trecho encontrou-se fora da regulamentação devido ao recebimento de cargas poluidoras do córrego Brejo Alegre. Quanto à simulação dos cenários extremos, uma população estimada de 7422 habitantes para o 1o Cenário e 14840 habitantes para o 2º Cenário garantiriam a capacidade de autodepuração do rio Jordão, respeitando as preconizações da Resolução 357:2005, considerando-se as imprecisões da metodologia de análise da demanda bioquímica de oxigênio e que nas simulações adotou-se uma vazão crítica no rio Jordão 2,6 vezes inferior à menor vazão medida no período de estiagem. / Mestre em Engenharia Civil