Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The use of the coefficient of reaeration and quantification of atmospheric reaeration templates for use in process water quality and can be determined by various methods or determined experimentally using formulas that describe the behavior of flow through its hydraulic system. The Approximate Delta method is a experimental method of the simple application. Mathematical models of water quality are instruments developed to assist in problem solving, however their use depends on experimental results. This research aimed to evaluate the importance of experimental determination of kinetic parameters, surface reaeration coefficient K2, in modeling of water quality of the river Vacacaí Mirim. To calculate the coefficient of reaeration, Delta Approximate method, used in the experiments, it was shown a technique to obtain easy field data, simple calculations and experimental apparatus with a low cost. However, this method has limitations in the calculation in places with sewage dumps, as was observed in the data obtained from monitoring points 1 and 2. In these places, in urban areas, there is the discharge of untreated wastewater into the river Vacacaí Mirim modifying the values of dissolved oxygen and causing a wobble in her bow. In monitoring point 3, where there is no presence of inflow of sewage into the river, the Delta Approximate method showed very favorable and consistent results. Obtaining the coefficient of reaeration through calculations of equations proposed in the literature and by the model QUAL2E exhibited large variations in their responses, confirming the claim limitation of using them for obtaining K2, being restricted to using these equations where been developed. When comparing data reaeration coefficient between the experimental methodology by Delta Approximate method and the responses of the equations, it was found that the proposed Formentini (2010) resulted in good fits to the observed data. The information collected experimentally were used as input data in QUAL2E model for simulation of dissolved oxygen in the river Vacacaí Mirim. The QUAL2E model has proved to be an effective tool for obtaining OD in rivers. / O uso do coeficiente de reaeração é na quantificação do processo de reaeração atmosférica para utilização em modelos de qualidade da água e pode ser determinado através de diversos métodos de determinação experimental ou através de fórmulas que descrevem o comportamento do escoamento através de seu regime hidráulico. O método Delta Aproximado é um método experimental de simples aplicação. Os modelos matemáticos de qualidade da água são instrumentos desenvolvidos para auxiliar na solução de problemas, no entanto a sua utilização depende de resultados experimentais. Esta pesquisa objetivou-se avaliar a importância da determinação experimental do parâmetro cinético, coeficiente de reaeração superficial K2, na modelagem da qualidade da água do rio Vacacaí Mirim. Para o cálculo do coeficiente de reaeração, o método Delta Aproximado, usado nos experimentos, demonstrou-se uma técnica de fácil obtenção de dados a campo, de cálculos simples e com um aparato experimental de baixo custo. Porém, esse método possui limitação no cálculo em locais com despejos de esgoto, como foi observada nos dados obtidos dos pontos de monitoramento 1 e 2. Nesses locais, em áreas urbanas, nota-se o despejo de esgoto no rio Vacacaí Mirim modificando os valores de oxigênio dissolvido e provocando uma oscilação em sua curva. No ponto de monitoramento 3, onde não há presença de aporte de esgoto no rio, o método Delta Aproximado apresentou resultados bastante favoráveis e uniformes. A obtenção do coeficiente de reaeração através dos cálculos de equações propostas na literatura e pelo próprio modelo QUAL2E, apresentou grandes variações em suas respostas, confirmando a afirmativa de limitação do uso das mesmas para obtenção do K2, sendo essas equações restringidas ao uso onde foram desenvolvidas. Na comparação de dados de coeficiente de reaeração entre a metodologia experimental através do método Delta Aproximado e as respostas das equações, verificou-se que a proposta de Formentini (2010) resultou em bons ajustes com os dados observados. As informações coletadas experimentalmente foram usadas como dados de entrada no modelo QUAL2E para simulação do oxigênio dissolvido no rio Vacacaí Mirim. O modelo QUAL2E demonstrou-se uma ferramenta eficaz para obtenção do OD em rios.

Made available in DSpace on 2014-07-29T15:01:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 dissertacaoSUZI.pdf: 1693695 bytes, checksum: 685549689932ba519c01e642564f6819 (MD5) Previous issue date: 2008-06-16 / Mathematical models are gaining ever greater importance in the evaluation and comparison of management alternatives for natural water bodies. One of the difficulties in the use of water quality models for nitrogen and oxygen is the absence of kinetic parameter data about reactions in biochemical processes. The data in the current literature refer to foreign bodies of water, mainly in countries with a temperate climate. The objective of this study was to evaluate the processes of nitrogen and oxygen transformation in water. The Meia Ponte River, one of the principal rivers of Goiás, was the object of the study. The water samples were collected in an urban area of the municipality of Goiânia, Bairro Novo Goiânia 2, which presents apparent man-made interference with the natural environment. The study involved field work and laboratory experiments, as well as the analysis of historical flow data from the Goiânia River Flow Measurement Station. The reaeration coefficients (Ka) in dry and rainy periods, which ranged from 1.17 to 2.34 d-1 and from 0.63 to 2.01 d-1, respectively, were estimated on the basis of historical flow data from 1975 to 2005. The flow reading obtained at the River Flow Measurement Station cited above varied from 13.38 to 48.65 m3.s-1 in the rainy season and from 2.89 to 10,63 m3.s-1 in the dry season, an approximately sixteenfold variation. Samples were collected and taken to the laboratory. In the laboratory, the characterization parameters which deviated from the norms established by CONAMA resolution n° 357 - 2005 were (ranges of variation): (1) OD 0.74 to 5.04 mg.L-1; it was (2) true color 58.00 to 203 mg Pt.L-1; (3) total ammoniacal nitrogen from 0.56 to 3.27 L-1. Kinetic tests in turbulent conditions were carried out using modified Jar Test equipment. The reaeration coefficient (Ka20) was determined experimentally. The Ka20 varied between 3.60 and 11.51 d-1 with minimum-to-maximum rotation tests. The minimum rotation of the equipment was used for the nitrogen experiments to most closely approximate river conditions. Water samples were collected at regular intervals for nitrogen analysis. The ammonification and nitrification processes were monitored. A study of deoxygenation, DBO, was also carried out, and it varied from 4.11 to 21.24 mg.L-1. During the process of biological oxidation, the ranges of coefficient variation were: (1) deoxygenation (Kd20) 0.12 to 1.05 d-1; (2) ammonification (KNH4+20) and the coefficient of the disappearance of total ammoniacal nitrogen (KNH4 20) 0.01 to 0.12 d-1; (3) nitritation (KNO2+20) 0.15 to 0.76 d-1; (4) nitrite disappearance coefficient (KNO2 20)0.19 to 3.36 d-1; and (5) nitration (KNO3+20) 0.08 to 0.17 d-1. Under the same conditions as for nitrogen, nitrifying bacteria were monitored. The Nitrosomonas varied between 11 and ≥2400 NMP/100mL, presenting the same behavior profile as the concentration of nitrite, which varied from 0.04 to 5.60 mg.L-1. The Nitrobacter varied from 4 to 1386 NMP/100mL, presenting the same behavior profile as the concentration of nitrate, which varied from 0.82 to 3.99 mg.L-1. The biochemical kinetic coefficients that were obtained were corrected for the standard temperature of 20°C. An increase in organic matter was observed in the dry period, reflecting an increase in the concentration of most of the parameters measured. There was a positive correlation between the nitritation coefficients and flow, although the quantity of Nitrosomonas was greater during the dry period. The results obtained for reaeration, ammonification, and nitrification may be useful in the modeling of bodies of water under experimental conditions similar to those of the present study. / Os modelos matemáticos ganham uma importância cada vez maior na avaliação e comparação de alternativas de manejo de corpos d água naturais. Uma das dificuldades do uso de modelos de qualidade da água para nitrogênio e oxigênio é a ausência de dados sobre parâmetros cinéticos de reações dos processos bioquímicos. Os dados existentes hoje na literatura referem-se a corpos d água estrangeiros, em sua maior parte em países de clima temperado. Este estudo teve como objetivo avaliar os processos de transformação do nitrogênio e oxigênio na água. O estudo foi desenvolvido no Rio Meia Ponte, Goiás, um dos principais rios do Estado. As amostras de água foram coletadas na região urbana do município de Goiânia, Bairro Novo Goiânia 2, que apresenta aparente interferência antrópica no ambiente natural. O estudo envolveu trabalhos de campo e experimentos em laboratório, como também a análise de dados históricos de vazão da Estação Fluviométrica a Montante de Goiânia. A partir da série histórica de vazão, no período de 1975 a 2005, foram estimados os coeficientes de reaeração (Ka) nos períodos de seca e chuva, que variaram de 1,17 a 2,34 d-1 para 0,63 a 2,01 d-1, respectivamente. As vazões obtidas pela leitura da régua limnimétrica da Estação Fluviométrica acima citada, variaram entre 13,38 e 48,65 m3.s-1 na chuva e entre 2,89 e 10,63 m3.s-1 na seca, variação de aproximadamente 16 vezes. Amostras foram coletadas e encaminhadas ao laboratório. No laboratório, os parâmetros de caracterização que apresentaram-se fora do padrão, segundo a resolução CONAMA n° 357 de 2005, foram (faixas de variação): (1) OD 0,74 a 5,04 mg.L-1, (2) cor verdadeira 58,0 a 203,0 mg Pt.L-1, (3) nitrogênio amoniacal total 0,56 a 3,27 mg.L-1. Foram realizados ensaios de cinética em condições turbulentas, utilizando-se equipamento de Jar Test modificado. Determinou-se experimentalmente o coeficiente de reaeração em laboratório (Ka 20). O Ka 20 variou entre 3,60 e 11,51 d-1, com testes da rotação mínima à rotação máxima do equipamento. Utilizou-se para os experimentos de nitrogênio a rotação mínima do equipamento, condição mais próxima à do Rio. Em intervalos regulares foram coletadas amostras de água para análises de nitrogênio. Foram monitorados os processos de amonificação e nitrificação. Também foi realizado o estudo de desoxigenação, a DBO que variou entre 4,11 e 21,24 mg.L-1. Durante o processo de oxidação biológica, as faixas de variação dos coeficientes foram: (1) desoxigenação (Kd20) 0,12 a 1,05 d-1, (2) amonificação (KNH4+20) e o coeficiente de desaparecimento do nitrogênio amoniacal total (KNH4 20) 0,01 a 0,12 d-1, (3) nitritação (KNO2+20) 0,15 a 0,76 d-1, (4) coeficiente de desaparecimento do nitrito (KNO2 20) 0,19 a 3,36 d-1 e (5) nitração (KNO3+20) 0,08 a 0,17 d-1. Ainda nestas mesmas condições para o nitrogênio, foram monitoradas as bactérias nitrificantes. As Nitrosomonas variaram entre 11 e ≥2400 NMP/100mL, apresentando o mesmo perfil de comportamento da concentração de nitrito, que variou entre 0,04 e 5,60 mg.L-1. As Nitrobacter variaram entre 4 e 1386 NMP/100mL, apresentando também o mesmo perfil de comportamento da concentração de nitrato, que variou entre 0,82 e 3,99 mg.L-1. Os coeficientes cinéticos bioquímicos obtidos foram corrigidos para a temperatura padrão de 20°C. Observou-se o aumento da matéria orgânica no período seco, refletindo sobre o aumento da concentração de grande parte dos parâmetros medidos. Houve correlação positiva entre os coeficientes de nitritação e a vazão, entretanto, a quantidade de Nitrosomonas foi maior no período de seca. Os resultados obtidos de reaeração, amonificação e nitrificação podem ser úteis na modelagem de corpos d água nas condições experimentais semelhantes às do presente estudo.

A importância dada aos parâmetros de qualidade da água, principalmente nas últimas décadas justifica a realização desse trabalho, que investiga a relação de alguns parâmetros turbulentos com o coeficiente de reaeração, 'K IND.2', através de duas técnicas distintas de medida: o método ótico e a técnica fotográfica. O método ótico relaciona a intensidade de luz recebida por um diodo imerso na água com a velocidade vertical no ponto onde é realizada a medida; os dados coletados pelo método ótico constituem um sinal elétrico que contém a informação da deformação da superfície. A partir desse sinal determinam-se os seguintes parâmetros: valor RMS da tensão, função de autocorrelação, macroescala e espectro. Os resultados obtidos por esse método são funções temporais. O método fotográfico consiste em obter fotografias de partículas iluminadas sobre a superfície livre da água, com tempo de exposição conhecido. O método foi melhorado pela adição de dois disparos de flash, para permitir a determinação da variação da velocidade. As fotos são digitalizadas em um software gráfico e os valores obtidos são interpolados através do método Kriging de interpolação. O método fotográfico é uma função espacial. A partir do método fotográfico são determinados os seguintes parâmetros: valor RMS, função de autocorrelação e espectro. Os resultados obtidos permitem a comparação quantitativa entre as funções de autocorrelação e espectros, e a relação entre o coeficiente de reaeração, 'K IND.2' e o valor RMS obtidos pela sonda e pela foto / The importance given to the parameters of quality of the water, mainly in the last decades, it justifies the accomplishment of this work, that it investigates the relation of some turbulent parameters with the re-aeration coefficient, 'K IND.2', through two different techniques of measure: the optic method and the photographic technique. The optic method relates the intensity of the light received by a immersed diode in the water with the vertical speed at the point where the measure is accomplished; the data collected by the optic method are electric signs that contains the information of the deformation of the surface. Thereafter this signs, the following parameters are determined: RMS value of tension, self-correlation function, macro-scale and spectrum. The results obtained for this method they are temporal functions. The photographic method consists of obtaining pictures of illuminated particles on the free surface of the water, with time of exhibition known. The method was improved by addition of two shots of flashes, to allow the determination of the variation of the speed. The pictures, then, are digitized in a graphic software and the values obtained are interpolated through the Kriging interpolation method. The photographic method is a spatial function. With the photographic method may be determined the following parameters: RMS value, self-correlation function and spectrum. The results obtained may provide the quantitative comparison between the self-correlation function and spectrum; and also the relation between the re-aeration coefficient, 'K IND.2', and the RMS value, that are obtained through the probe and the picture

Made available in DSpace on 2015-03-26T13:23:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 757861 bytes, checksum: d287878573ebdc6c53d8f72b51ac84bd (MD5) Previous issue date: 2006-03-13 / With the condensation increase of the urban population and of the exploration of farming and industry in the region of Dove River, the pollutant charges were increased in the water route of the region. The contamination of the water by several resources, such as domestic emanation and industries and, the diffuse urban and farming charge in the Dove River, mainly in the passage in studying, that is, from the nascent (Santa Bárbara of Tugúrio district), passing through Mercês, up to the city of Dove River, has been target of preoccupation. To characterize the environmental conditions and the water qualities, in this work was determined the water quality Index (WQI) and it was quantified the coefficients of deoxygenation (K1) and the reaeration (K2), in this passage of the river. The samples of water to determine the WQI were colected the amount of the sanitarium exhaustion points of the mentioned cities, this index has been calculated using the method adapted by Miner Institute of Water Management (IGAM). The variable selected to the calculation of WQI were tolerant-fire coliform, pH, variation of temperature between the point of mixture and the one point the amount of the point of the mixture, turbidity, total solids, biochemistry oxygen demand (BOD), nitrate, phosphate e melted oxygen. The samples of water to determine the values of K1 e K2 were collected the ebb tide from the points of the cities sanitary exhaustion. The values of K1 were obtained using the method of quantification of the oxygen consume in samples kept to 20°C, with posterior adjust of the mathematics equation to the data of BOD discharged in function of the time. The values of K2 were obtained replacing the data (water temperature, local altitude, concentration of oxygen melted in the point of the mixture, BOD5d-20oC, water velocity, value of K1, traveled distance and the concentration of melted oxygen (MO) in the final of the passage) in the equation of Streeter-Phelps. Estimate equations of values of K2, as function of the velocity and the water depth in the river, they were adjusted for each passage of the studied river. The WQI obtained to the dry period were classified as good , medium and bad , respectively to the passages, nascent up to Santa Bárbara of Tugúrio, from this to Mercês and then to the city of Dove River. In the rainy period, the index was classified as good , medium e bad , to the same passages. The variables that interfered more to the decrease of the QWI value and that damage the classification of the water, according to Resolution # 357/2005 of the CONAMA, were counting of tolerant-fire coliform and turbidity. The obtained values of K1 were from 0,13 to 0,24 d-1 and the values of K2 from 0,40 to 1,90 d-1. The profile of melted oxygen concentration (MO) during the route indicated that, even in the more critical point, the concentration of MO was bigger than the established in the resolution # 357/2005 of the CONAMA, for course of water class 2. In the rainy period, there were carrying of soil and organic waste, increasing the turbidity and the counting of tolerant-fire coliform, worsen the waters quality. The coefficient K1 was low, in all the passages, denoting that the organic material present in these waters is of low biodegradability. The coefficient of reaeration (K2) was bigger in the route of bigger turbulence and environment of mountainous relief, that is, closer to the headboard of the Dove River. / Com o crescimento da população em áreas urbanas urbanas e da exploração agropecuária e industrial na região do Rio Pomba, foram aumentadas as cargas poluidoras nos cursos d'água da região. A contaminação das águas por diversas fontes, tais como efluentes domésticos e industriais e, a carga difusa urbana e agrícola no Rio Pomba, principalmente no trecho em estudo, ou seja, da nascente (Município de Santa Bárbara do Tugúrio), passando por Mercês, até a cidade de Rio Pomba, tem sido alvo de preocupação. Para caracterizar as condições ambientais e a qualidade das águas na região, neste trabalho determinouse o Índice de Qualidade da Água (IQA) e quantificou-se os coeficientes de desoxigenação (K1) e de reaeração (K2), nesse trecho do rio. As amostras de água para determinação do IQA foram coletadas a montante dos pontos de esgotamentos sanitários das citadas cidades, sendo este índice calculado utilizando-se o método adaptado pelo Instituto Mineiro de Gestão das Águas (IGAM). As variáveis selecionadas para o cálculo do IQA foram coliformes termotolerantes, pH, variação de temperatura entre o ponto de mistura e um ponto a montante do ponto de mistura, turbidez, sólidos totais, demanda bioquímica de oxigênio (DBO), nitrato, fosfato e oxigênio dissolvido. As amostras de água para determinação dos valores de K1 e K2 foram coletadas a jusante dos pontos de esgotamentos sanitários das cidades. Os valores de K1 foram obtidos utilizando-se o método de quantificação do consumo de oxigênio em amostras mantidas a 20°C, com posterior ajuste da equação matemática aos dados de DBO exercida em função do tempo. Os valores de K2 foram obtidos substituindo-se os dados (temperatura da água, altitude local, concentração de oxigênio dissolvido no ponto de mistura, DBO5d-20ºC, velocidade da água, valor de K1, distância percorrida e a concentração de oxigênio dissolvido (OD) no final do trecho) na equação de Streeter-Phelps. Equações de estimativa dos valores de K2, como função da velocidade e profundidade de água no rio, foram ajustadas para cada trecho do rio estudado. O IQA obtido para o período seco foi classificado como BOM, MÉDIO e MÉDIO, respectivamente para os trechos, nascente até Santa Bárbara do Tugúrio, desta a Mercês e daí até a cidade de Rio Pomba. Já no período chuvoso, o índice foi classificado como BOM, MÉDIO e RUIM, para os mesmos trechos. As variáveis que mais interferiram para abaixamento do valor do IQA e que prejudicaram a classificação das águas, segundo Resolução Nº 357/2005 do CONAMA, foram contagem de coliformes termotolerantes e turbidez. Os valores obtidos de K1 foram de 0,13 a 0,24 d-1 e os valores de K2 de 0,40 a 1,90 d-1. O perfil de concentração de OD ao longo do percurso indicou que, mesmo no ponto mais crítico, a concentração desse gás foi maior que a estabelecida na Resolução Nº 357/2005 do CONAMA, para cursos d'água classe 2. No período chuvoso, houve carreamento de solo e resíduos orgânicos, aumentando a turbidez e a contagem de coliformes termotolerantes, piorando a qualidade das águas. O coeficiente K1 esteve baixo, em todos os trechos, indicando relativamente, baixa taxa de consumo de oxigênio nessas águas. O coeficiente de reaeração K2 foi maior no trecho de maior turbulência e ambiente de relevo montanhoso, ou seja, mais próximo às cabeceiras do Rio Pomba.