O presente estudo analisou a influência do emissário submarino de esgoto sobre as associações de foraminíferos, regionalmente (macroescala) e localmente (microescala), na Enseada do Guarujá e Baía de Santos. Foram analisadas, em macroescala, 26 amostras coletadas na Enseada do Guarujá e 24 na Baía de Santos. As amostras foram obtidas no inverno de 1997 e verão de 1998. Em microescala foram coletadas 10 amostras próximo aos difusores do emissário de Santos em abril de 2004. Em cada estação foram obtidos dados hidrográficos e sedimentológicos. Foi analisada a composição das associações de foraminíferos, descrevendo as variações espaciais e temporais em relação as variáveis ambientais. Em macroescala, a influência da disposição oceânica não foi conclusiva, devido à baixa densidade da biocenose. Entretanto, análises das tanatocenoses (tafonômicas e morfométricas) e dos dados sedimentológicos possibilitaram distinguir dois setores morfossedimentares na Enseada do Guarujá e na Baía de Santos. O primeiro setor localizado na porção oeste possui sedimentos arenosos, com baixos teores de C e N, baixa densidade e riqueza de foraminíferos. O segundo localiza-se nas porções central-leste e apresenta predominância de lama, com altos teores de C e N e elevada densidade e riqueza de foraminíferos. Os resultados das razões C/S permitiram detectar sedimentos anóxicos próximo ao emissário da Enseada do Guarujá no inverno, e na Baía de Santos no inverno e verão. Em microescala, os dados hidrogeoquímicos e sedimentológicos indicaram que a área circunjacente aos difusores está hipereutrofizada, apresentando altos teores de C, N, P e S tanto na água como nos sedimentos. As baixas razões C/S indicaram presença de ambiente com características fortemente redutoras. Em microescala, a análise da composição e distribuição das biocenoses indicou que as características ambientais da Baía de Santos estão influenciando diretamente as associações de foraminíferos, diminuindo os valores de densidade e riqueza. Desse modo conclui-se que o pré-tratamento dos efluentes de Santos é precário, tornando a região dos difusores mais um grande foco de poluição na baía. / The present study analyzed the influence of submarine sewage outfall upon foraminifera assemblages on a regional (macro scale) and local (micro scale), in Guarujá and Santos Bay. Fifty samples were analyzed at the macro scale, twenty six from Guarujá and twenty four from Santos Bay. The samples were collected in winter 1997 and summer 1998. At the micro scale, ten samples were collected close to sewage outfall diffusers in Santos Bay in April 2004. At each station hydrographic and sedimentological data were obtained. Spatial and seasonal variations in the composition of foraminifera assemblages were related to environmental variables. Analysis of the influence of oceanic sewage disposal at the macro scale was inconclusive due to the low density of live foraminifera. Thanatocenosis (taphonomic and morphometric analyses) and sedimentological analyses revealed two morphosedimentary sectors in Guarujá and Santos Bay, one in the western portion of the study area with sandy sediments, low C and N, low density and low richness of foraminifera, and the other, in the east-central portion, with predominance of mud, higher C and N, higher density and richness of foraminifera. C/S ratios permitted detection of anoxic sediments near sewage outfall in Guarujá in the winter, and in Santos Bay in both the winter and summer. At the micro scale, hydrogeochemical and sedimentological data indicated that area close to the diffusers is highly eutrofized, with high contents of C, N, P and S in both the water and the sediment. The low C/S ratios of the sediment indicated highly reducing conditions. At the micro scale the biocenosis composition and distribution indicated that environmental characteristics of Santos Bay directly influence the foraminifera assemblages. The results also suggest that the (pre) treatment of Santos sewage is inefficient, transforming the area of the diffusers into one more major focus of pollution in the bay.

O Terminal Almirante Barroso – TEBAR, de propriedade da Petrobrás, está localizado no Canal de São Sebastião – CSS, onde lança seus efluentes através de dois emissários submarinos com sistema difusor, ambos de polietileno de alta densidade - PEAD. Cada seção difusora é constituída de três risers com 0,15m de diâmetro e 1,5m de altura, a uma profundidade que varia entre 19,15 e 25,45m. A intensidade média de corrente no canal é da ordem de 0,40 a 0,60m/s, com direção preferencial NE. O efluente possui altas concentrações de amônia (máxima de 125,5,mg/L em abril de 2001) que ultrapassam o padrão de emissão estabelecido pela Resolução Conama 20/86 (Artigo 21 - 5,0mg NH3/L), além de ser caracterizado como um efluente denso devido a alta concentração de salinidade. Para compreender o processo de dispersão do contaminante amônia e o perfil hidrodinâmico da pluma do efluente dos emissários submarinos do TEBAR, utilizou-se a modelagem computacional como uma ferramenta de análise do processo da dispersão de efluentes em corpos d’água, e também como suporte na decisão das agências ambientais e dos processos industriais frente a exigência de atendimento à legislação. Dois diferentes métodos foram utilizados, o método integral (software CORMIX) e o método dos volumes finitos (software FLUENT). O CORMIX é um programa especialista largamente utilizado na análise do campo próximo do lançamento de efluentes por emissários submarinos, enquanto que, no FLUENT pode-se considerar os efeitos da batimetria (Carta Náutica n0 1643 da Marinha do Brasil) e analisar tanto o campo próximo quanto o campo distante. Os resultados de ambos os métodos apresentaram uma pluma com empuxo negativo, que submerge após alguns metros do lançamento, acarretando em um forte impacto bêntico na área circunvizinha do sistema difusor. Os resultados da dispersão do contaminante apresentados pelo CORMIX, para este estudo, foram extremamente conservadores, onde o padrão de qualidade das águas somente é atingido a grandes distâncias do lançamento (200m). Os resultados do FLUENT estão de acordo com os estudos de monitoramento da qualidade da água e de diluição de traçadores fluorimétricos, atingindo o padrão de qualidade das águas a poucos metros do lançamento (15m). / The Almirante Barroso Oil Terminal – TEBAR, property of Petrobrás, is located at São Sebastião Channel – CSS, which effluent is discharged through two submarine outfalls build of HDPE – High Density Polyethylene. Both of them has three risers with 0.15m of diameter and 1.5m of height, and are located between 19.15m and 25.45m of depth. The medium current velocity is between 0.40m/s and 0.60m/s to northward (NW). The effluent was sampled from April 2000 to March 2002 by Petrobrás. In this period, it was founded high concentrations of ammonia (125.5mg/L in April 2001), trespassing the limit value for emission of CONAMA 20 Resolution – Art.21 (5mg/L). The salinity of effluent is of order 52.8% at a temperature of 27.3ºC for the same period. This range of values results in a density of 1037 kg/m3. Computer modeling uses for the waste water dispersion process and the hydrodynamic profile description in water bodies is a modern tool as a decision support for the environmental agencies and for the industries in order to verify the standard water quality. Two different computer techniques are used in this present work, integral methods (software CORMIX) ), which conduct to the dilution results of the plume in the near field, and finite volume methods (software FLUENT) where its possible to analyze the effects of a variable batimetries (Nautical Map n0 1643 - Marinha do Brasil) and to consider the near and far dispersion process. Both softwares showed that effluent plume has negative buoyancy, ocurring a strong impact benthic in the vicinity area of submarine outfall. The FLUENT application permits obtain results for near-field and far-field with no restrictions of bathymetry and port discharge geometry but the computational cost is higher compared with classical software used to prevent plume dispersion from submarine outfalls and which are based in gaussian integral methods (CORMIX). In this present work, the CONAMA 20 Resolution for ammonia (C = 0,4mg/L) is attended around 15m for FLUENT and 200m for CORMIX, far from ports.

O presente estudo analisou a influência do emissário submarino de esgoto sobre as associações de foraminíferos, regionalmente (macroescala) e localmente (microescala), na Enseada do Guarujá e Baía de Santos. Foram analisadas, em macroescala, 26 amostras coletadas na Enseada do Guarujá e 24 na Baía de Santos. As amostras foram obtidas no inverno de 1997 e verão de 1998. Em microescala foram coletadas 10 amostras próximo aos difusores do emissário de Santos em abril de 2004. Em cada estação foram obtidos dados hidrográficos e sedimentológicos. Foi analisada a composição das associações de foraminíferos, descrevendo as variações espaciais e temporais em relação as variáveis ambientais. Em macroescala, a influência da disposição oceânica não foi conclusiva, devido à baixa densidade da biocenose. Entretanto, análises das tanatocenoses (tafonômicas e morfométricas) e dos dados sedimentológicos possibilitaram distinguir dois setores morfossedimentares na Enseada do Guarujá e na Baía de Santos. O primeiro setor localizado na porção oeste possui sedimentos arenosos, com baixos teores de C e N, baixa densidade e riqueza de foraminíferos. O segundo localiza-se nas porções central-leste e apresenta predominância de lama, com altos teores de C e N e elevada densidade e riqueza de foraminíferos. Os resultados das razões C/S permitiram detectar sedimentos anóxicos próximo ao emissário da Enseada do Guarujá no inverno, e na Baía de Santos no inverno e verão. Em microescala, os dados hidrogeoquímicos e sedimentológicos indicaram que a área circunjacente aos difusores está hipereutrofizada, apresentando altos teores de C, N, P e S tanto na água como nos sedimentos. As baixas razões C/S indicaram presença de ambiente com características fortemente redutoras. Em microescala, a análise da composição e distribuição das biocenoses indicou que as características ambientais da Baía de Santos estão influenciando diretamente as associações de foraminíferos, diminuindo os valores de densidade e riqueza. Desse modo conclui-se que o pré-tratamento dos efluentes de Santos é precário, tornando a região dos difusores mais um grande foco de poluição na baía. / The present study analyzed the influence of submarine sewage outfall upon foraminifera assemblages on a regional (macro scale) and local (micro scale), in Guarujá and Santos Bay. Fifty samples were analyzed at the macro scale, twenty six from Guarujá and twenty four from Santos Bay. The samples were collected in winter 1997 and summer 1998. At the micro scale, ten samples were collected close to sewage outfall diffusers in Santos Bay in April 2004. At each station hydrographic and sedimentological data were obtained. Spatial and seasonal variations in the composition of foraminifera assemblages were related to environmental variables. Analysis of the influence of oceanic sewage disposal at the macro scale was inconclusive due to the low density of live foraminifera. Thanatocenosis (taphonomic and morphometric analyses) and sedimentological analyses revealed two morphosedimentary sectors in Guarujá and Santos Bay, one in the western portion of the study area with sandy sediments, low C and N, low density and low richness of foraminifera, and the other, in the east-central portion, with predominance of mud, higher C and N, higher density and richness of foraminifera. C/S ratios permitted detection of anoxic sediments near sewage outfall in Guarujá in the winter, and in Santos Bay in both the winter and summer. At the micro scale, hydrogeochemical and sedimentological data indicated that area close to the diffusers is highly eutrofized, with high contents of C, N, P and S in both the water and the sediment. The low C/S ratios of the sediment indicated highly reducing conditions. At the micro scale the biocenosis composition and distribution indicated that environmental characteristics of Santos Bay directly influence the foraminifera assemblages. The results also suggest that the (pre) treatment of Santos sewage is inefficient, transforming the area of the diffusers into one more major focus of pollution in the bay.

O Terminal Almirante Barroso – TEBAR, de propriedade da Petrobrás, está localizado no Canal de São Sebastião – CSS, onde lança seus efluentes através de dois emissários submarinos com sistema difusor, ambos de polietileno de alta densidade - PEAD. Cada seção difusora é constituída de três risers com 0,15m de diâmetro e 1,5m de altura, a uma profundidade que varia entre 19,15 e 25,45m. A intensidade média de corrente no canal é da ordem de 0,40 a 0,60m/s, com direção preferencial NE. O efluente possui altas concentrações de amônia (máxima de 125,5,mg/L em abril de 2001) que ultrapassam o padrão de emissão estabelecido pela Resolução Conama 20/86 (Artigo 21 - 5,0mg NH3/L), além de ser caracterizado como um efluente denso devido a alta concentração de salinidade. Para compreender o processo de dispersão do contaminante amônia e o perfil hidrodinâmico da pluma do efluente dos emissários submarinos do TEBAR, utilizou-se a modelagem computacional como uma ferramenta de análise do processo da dispersão de efluentes em corpos d’água, e também como suporte na decisão das agências ambientais e dos processos industriais frente a exigência de atendimento à legislação. Dois diferentes métodos foram utilizados, o método integral (software CORMIX) e o método dos volumes finitos (software FLUENT). O CORMIX é um programa especialista largamente utilizado na análise do campo próximo do lançamento de efluentes por emissários submarinos, enquanto que, no FLUENT pode-se considerar os efeitos da batimetria (Carta Náutica n0 1643 da Marinha do Brasil) e analisar tanto o campo próximo quanto o campo distante. Os resultados de ambos os métodos apresentaram uma pluma com empuxo negativo, que submerge após alguns metros do lançamento, acarretando em um forte impacto bêntico na área circunvizinha do sistema difusor. Os resultados da dispersão do contaminante apresentados pelo CORMIX, para este estudo, foram extremamente conservadores, onde o padrão de qualidade das águas somente é atingido a grandes distâncias do lançamento (200m). Os resultados do FLUENT estão de acordo com os estudos de monitoramento da qualidade da água e de diluição de traçadores fluorimétricos, atingindo o padrão de qualidade das águas a poucos metros do lançamento (15m). / The Almirante Barroso Oil Terminal – TEBAR, property of Petrobrás, is located at São Sebastião Channel – CSS, which effluent is discharged through two submarine outfalls build of HDPE – High Density Polyethylene. Both of them has three risers with 0.15m of diameter and 1.5m of height, and are located between 19.15m and 25.45m of depth. The medium current velocity is between 0.40m/s and 0.60m/s to northward (NW). The effluent was sampled from April 2000 to March 2002 by Petrobrás. In this period, it was founded high concentrations of ammonia (125.5mg/L in April 2001), trespassing the limit value for emission of CONAMA 20 Resolution – Art.21 (5mg/L). The salinity of effluent is of order 52.8% at a temperature of 27.3ºC for the same period. This range of values results in a density of 1037 kg/m3. Computer modeling uses for the waste water dispersion process and the hydrodynamic profile description in water bodies is a modern tool as a decision support for the environmental agencies and for the industries in order to verify the standard water quality. Two different computer techniques are used in this present work, integral methods (software CORMIX) ), which conduct to the dilution results of the plume in the near field, and finite volume methods (software FLUENT) where its possible to analyze the effects of a variable batimetries (Nautical Map n0 1643 - Marinha do Brasil) and to consider the near and far dispersion process. Both softwares showed that effluent plume has negative buoyancy, ocurring a strong impact benthic in the vicinity area of submarine outfall. The FLUENT application permits obtain results for near-field and far-field with no restrictions of bathymetry and port discharge geometry but the computational cost is higher compared with classical software used to prevent plume dispersion from submarine outfalls and which are based in gaussian integral methods (CORMIX). In this present work, the CONAMA 20 Resolution for ammonia (C = 0,4mg/L) is attended around 15m for FLUENT and 200m for CORMIX, far from ports.

A região de estudo situa-se no Canal de São Sebastião, Litoral Norte do Estado de São Paulo (Brasil), onde se localizam quatro emissários submarinos situados entre as cidades São Sebastião e Ilhabela. Este canal é utilizado para a prática de diversos esportes náuticos, pesca esportiva e artesanal, sendo a avaliação dos efeitos do despejo de efluentes domésticos e industriais nesse corpo d\'água fundamental para assegurar a qualidade do ambiente e garantir a preservação da saúde humana. O objetivo deste estudo foi avaliar, em meses de verão e inverno de um ano típico, a concentração de potenciais contaminantes (coliformes fecais e nutrientes), em condições extremas, e a dispersão das plumas dos efluentes desses emissários. Para isso, foram utilizados módulos hidrodinâmico e de qualidade de água do modelo Delft3D (para o campo distante), bem como o modelo CORMIX (para o campo próximo). Os resultados das simulações hidrodinâmicas foram consistentes com as características citadas em literatura e a partir de parâmetros estatísticos. A modelagem de campo próximo mostrou a influência das correntes no transporte e diluição inicial das plumas dos efluentes. Após o acoplamento, os resultados das simulações de campo distante da modelagem das plumas dos emissários submarinos mostraram que as mesmas não excederam os níveis máximos estabelecidos pelo CONAMA (Nº 274/2000 e 357/2005) ao atingir a costa. Conforme os resultados de monitoramento in situ realizados pela Companhia Ambiental do Estado de São Paulo, as praias locais próximas aos emissários são geralmente classificadas como impróprias para o banho e com má qualidade da água. Assim, o esgoto bruto despejado através dos córregos ou diretamente nas praias pode ser identificado como o responsável pela contaminação ambiental da costa na área de estudo. / The study region is located in the São Sebastião channel, in the north coast of São Paulo (Brazil), where four submarine outfall are located between São Sebastião and Ilhabela cities. This channel is used for the practice of various nautical sports, sport fishing and crafts, and the evaluation of the effects of the disposal of domestic and industrial effluents in this water body is fundamental to ensure the water quality and the preservation of human health. The objective of this study was to evaluate the concentration of potential contaminants (fecal coliforms and nutrients) during the summer and winter of a typical year, in extreme conditions, and the dispersion of effluent plumes from these submarine outfalls. For that, Delft3D model\'s hydrodynamic and water quality modules (far field) were used, as well as the CORMIX model (near field). Results of hydrodynamic simulations were consistent with the characteristics cited in the literature and from statistical parameters. Near field modeling showed the influence of the currents in the transport and initial dilution of the effluent plumes from the submarine outfalls. After coupling, the results of far field modeling showed that they did not exceed the maximum levels established by the National Environmental Council, Resolutions Nº 274/2000 and Nº 357/2005, when reaching the coast. Once the literature indicates that the local beaches near the submarine outfalls are often classified as inappropriate for bathing and with bad water quality. Thus, raw sewage dumped through the streams or directly on the beaches can be identified as responsible for the environmental contamination of the coast in the study area.

As simulações computacionais são comumente empregadas no estudo do processo da dispersão da pluma de efluente de esgoto no mar como suporte no projeto de sistemas de emissários submarinos. Os modelos de campo próximo são uma ferramenta eficiente para prever o comportamento desses sistemas, através da previsão da diluição inicial, das principais dimensões da pluma e da concentração final de poluentes, informações úteis para o projeto do difusor. Usando modelos de campo próximo, como o NRFIELD e o UM3 do Visual Plumes, é possível simular diferentes alternativas de emissários. No entanto, a realização de muitas simulações resulta numa grande quantidade de informações que impede a obtenção de conclusões objetivas, consumindo muito tempo do projeto. Uma estratégia para um processo de simulação eficiente que permita a obtenção da máxima informação possível com um número mínimo de simulações é fundamental. Na análise dos resultados de simulações nas quais seus parâmetros de entrada são modificados de forma controlada, as causas das mudanças na resposta podem ser facilmente identificadas. Devido a isto, o uso da análise estatística foi considerado. As ferramentas estatísticas podem ser úteis na organização das simulações e na análise subsequente dos resultados. O Planejamento de Experimentos (DOE) é a metodologia estatística para uma experimentação eficiente, permitindo a identificação das variáveis estatisticamente significativas em qualquer sistema ou processo e, a Metodologia de Superfície de Resposta permite a otimização de sistemas a partir de suas variáveis estatisticamente significativas. Considerando isso, o objetivo principal desta pesquisa foi apresentar uma nova abordagem para otimizar, por meio da simulação computacional com modelos de campo próximo e da utilização das ferramentas estatísticas: Planejamento de Experimentos e Superfícies de Resposta, a quantidade de simulações necessárias para a obtenção do valor de diluição inicial mais próximo do ótimo, no projeto de emissários submarinos, através da identificação das variáveis estatisticamente significativas, na predição da diluição inicial, nos modelos de campo próximo do Visual Plumes. Os resultados do trabalho mostraram que só três variáveis geométricas, da configuração do difusor de um emissário, são estatisticamente significativas para a previsão da diluição inicial, e que apenas umas poucas simulações, estatisticamente planejadas, são indispensáveis para a obtenção de uma configuração de emissário mais eficiente. / The computational simulations are commonly employed in the study of the process of dispersion of sewage plume at sea as support in the design of submarine outfall systems. The near field models are an efficient tool to predict the behavior of these systems, by predicting the initial dilution, the main dimensions of the sewage plume and the final concentration of pollutants, useful information for the design of the diffuser. Using near field models such as NRFIELD and UM3 from Visual Plumes, it is possible to simulate different submarine outfall alternatives for their posterior comparison and analysis. However, when many simulations are conducted, it is resulted a large amount of information, which make more difficult to obtain objective conclusions and it is much more time consuming solution. A strategy for an efficient simulation process, that allows obtaining the maximum possible information with a minimum number of simulations, is quite fundamental. In the analysis of the results of simulations in which its input parameters are modified in a controlled way, the causes of the changes in the response can be easily identified. Because of this, the use of statistical analysis was considered. Statistical tools can be useful in organizing the simulations and in the subsequent analysis of the results. The Design of Experiments (DOE) is the statistical methodology to guarantee an efficient experimentation, allowing the identification of the statistically significant variables in any system or process, and the Response Surface Methodology allows the optimization of the systems using their statistically significant variables. Considering this, the main objective of this research was to present a new approach to optimize, through computational simulation with near field models and the use of statistical tools: Design of Experiments and Response Surfaces Methodology, the number of necessary simulations to obtain the initial dilution value closer to the optimum, in the design of submarine outfalls, through the identification of the statistically significant variables, in the prediction of the initial dilution, in the near field models. The results of the work showed that only three of the diffuser geometric variables are statistically significant for the initial dilution prediction, and that only a few statistically planned simulations are indispensable for obtaining a more efficient submarine outfall configuration.

Tendo em vista as questões ambientais relacionadas com a disposição oceânica de esgotos sanitários, muito tem sido debatido sobre qual nível de tratamento deve ser adotado ou quais constituintes presentes nos esgotos devem ser removidos antes do lançamento em regiões costeiras. Dentro deste contexto, este estudo teve como objetivo principal fornecer subsídios para uma tomada de decisão quanto à necessidade de remoção de nutrientes para lançamento de esgotos sanitários por meio de emissários submarinos, de maneira a garantir um nível de tratamento mínimo sem que haja um comprometimento do corpo receptor em termos de potencial de eutrofização. Para isso, foram utilizados dois sistemas de disposição oceânica de esgotos sanitários: Santos/São Vicente e Praia Grande 2. O impacto ambiental do lançamento de esgotos pelos emissários submarinos foi avaliado por um modelo numérico de eutrofização, sendo as características da pluma de esgoto no campo próximo determinada pelo software CORMIX e acoplado no modelo de campo distante. A necessidade de remoção de nitrogênio e fósforo foi estimada com base na metodologia do Plano Oceânico da Califórnia. Os resultados demonstraram que tanto para o caso do emissário submarino de Santos quanto para o de Praia Grande haveria necessidade de remover amônia e fosfato para atender a legislação CONAMA 357/2005 quando operados com vazões de 3,0 e 5,3 m³.s-¹. Além disso, quando os sistemas foram operados sem tratamento ocorreu um aumento significativo na concentração de clorofila-a, atingindo valores de até 16 µg chl-a/L 12 µg chl-a/L na baía de Santos e Praia Grande, respectivamente. Os resultados demonstraram também que a utilização de um tratamento secundário com oxidação parcial da amônia promoveria uma redução de apenas 30% na concentração de clorofila-a, enquanto que a utilização de um TPQA com remoção de fosfato promoveria uma resposta ambiental melhor, levando a uma redução de até 71% na concentração de clorofila-a, resultados semelhantes ao tratamento terciário com remoção de nitrogênio e fósforo, resultados semelhantes aos obtidos quando foi considerado o tratamento terciário com remoção de nitrogênio e fósforo. / Due to environmental issues related to wastewater ocean discharge, much has been debated about the level of treatment that should be adopted or which constituents must be removed from wastewater before its final disposal in coastal zones. Within this context, this study aimed to provide support for a decision making on the need of wastewater nutrient removal before its final disposal through submarine outfalls in order to ensure an adequate treatment level, minimizing the environmental impact on the receiving body in terms of eutrophication potential. For this purpose, two wastewater ocean disposal systems: Santos/San Viciente and Praia Grande 2, were evaluated. The environmental impact of wastewater discharge through submarine outfalls was evaluated by a 2D eutrophication numerical model. Wastewater mixing conditions in the near field plume was evaluated using the software CORMIX, and the results were coupled to a far-field model. Nitrogen and phosphorus removals were evaluated through the California Ocean Plan methodology. The results showed that the removal of ammonia and phosphate is required for both submarine outfalls, Santos and Praia Grande, to meet the Brazilian legislation(CONAMA357/2005) when they are operated with flow rates of 3.0 and5.3m³.s-¹. Furthermore, when the systems are operated without treatment, modeled chlorophyll-a concentrations increased up to 16 µg chl-a/L and 12 µg chl-a/L in Santos bay and Praia Grande, respectively. The results also demonstrate that the use of a secondary treatment with partial ammonia oxidation promote a reduction of only 30% in the chlorophyll-a, while the use of a CEPT with phosphate removal promote a better environmental response, resulting a chlorophyll-a concentration reduction of 71%, similar results were obtained when tertiary treatment was considered for nitrogen and phosphorus removals.

A região de estudo está localizada no litoral centro do Estado de São Paulo, engloba a área de proteção ambiental do Parque Estadual Marinho da Laje de Santos, e sofre a influência de três emissários submarinos e de lançamentos de esgotos pelo Rio Itanhaém. O objetivo deste trabalho foi o de analisar as condições ambientais e a dispersão das plumas de efluentes emitidas pelos emissários submarinos de Praia Grande e do Rio Itanhaém, quanto à concentração de potenciais poluentes, por meio de modelagem numérica. Objetivos secundários compreendem o interesse no conhecimento das variabilidades espaço-temporais da hidrodinâmica costeira e dos processos de dispersão das plumas de efluentes, através de simulações numéricas, incluindo a avaliação dos resultados de concentrações de indicadores de qualidade da água diante dos níveis máximos estabelecidos pelas Resoluções N.º 274/2000 e N.º 357/2005 do Conselho Nacional do Meio Ambiente. Para tanto, foram utilizados os módulos hidrodinâmico e de qualidade da água do modelo Delft3D, bem como o modelo Visual Plumes. Os resultados das simulações hidrodinâmicas foram concordantes com as feições hidrodinâmicas estabelecidas na literatura e foram validados com alto grau de confiabilidade. A modelagem de campo próximo mostrou a influência das correntes de maré e das correntes geradas pelo vento no transporte e na diluição inicial das plumas de efluentes dos emissários submarinos, onde o transporte por correntes geradas pelo vento permitiu uma diluição mais eficiente. Os resultados da modelagem de campo distante das plumas dos emissários submarinos e do Rio Itanhaém indicaram que estas plumas não afetam a qualidade da água do Parque Estadual Marinho da Laje de Santos; e que a concentração dos indicadores de qualidade da água selecionados (Escherichia coli, amônio, nitrato e fosfato) não ultrapassa os limites máximos estabelecidos pelo Conselho Nacional do Meio Ambiente ao atingir o litoral. Uma vez que a literatura aponta que as praias locais são frequentemente classificadas com balneabilidade imprópria e com má qualidade da água, os córregos que despejam esgoto bruto e não tratado diretamente nas praias podem ser apontados como os responsáveis pela contaminação ambiental do litoral da região de estudo. O modelo de qualidade da água foi validado, apesar de algumas diferenças nas comparações entre seus resultados e amostragens in situ. Foi observado que a região de estudo necessita de mais investimentos em saneamento básico e maior conscientização da população para combater a poluição ambiental local, especialmente o despejo de esgotos em córregos e praias. / The study region is located in the central coast of São Paulo, encompasses the area of environmental protection of Laje de Santos Marine State Park, and is influenced by three outfalls and sewage releases by Itanhaém River. The objective of this study was to analyze the environmental conditions and the dispersion of effluent plumes emitted by Praia Grandes submarine outfalls and Itanhaém River, concerning the concentration of potential pollutants, through numerical modeling. Secondary objectives are related to interest in the knowledge of the spatial-temporal variability of coastal hydrodynamics and processes of effluent plumes dispersion, through numerical simulations, including the evaluation of water quality indicators concentrations results as compared to the maximum levels established by the National Environmental Council Resolutions N.º 274/2000 and N.º 357/2005. For that, Delft3D models hydrodynamic and water quality modules were used, as well as the Visual Plumes model. Results of hydrodynamic simulations were consistent with the hydrodynamics features established in the literature and have been validated with a high degree of reliability. The near-field modeling showed the influence of tidal currents and wind-driven currents in the transport and initial dilution of effluent plumes from the submarine outfalls, where transport by wind-driven currents allowed a more efficient dilution. The far-field modeling results of the plumes from the submarine outfalls and Itanhaém River showed that those plumes dont affect the water quality of Laje de Santos Marine State Park; and the selected water quality indicators concentrations (Escherichia coli, ammonium, nitrate and phosphate) do not exceed the maximum levels established by the National Environmental Council when reaching the shore. Once the literature indicates that the local beaches are often classified as inappropriate for bathing and with bad water quality, streams that dump raw and untreated sewage directly on the beaches can be identified as the responsible for the environmental contamination of the study areas shore. The water quality model was validated, despite some differences in the comparisons between its results and in situ sampling. It was observed that the study area needs more investments in basic sanitation and greater awareness of the population to tackle local environmental pollution, especially the dumping of sewage into streams and beaches.

Tendo em vista as questões ambientais relacionadas com a disposição oceânica de esgotos sanitários, muito tem sido debatido sobre qual nível de tratamento deve ser adotado ou quais constituintes presentes nos esgotos devem ser removidos antes do lançamento em regiões costeiras. Dentro deste contexto, este estudo teve como objetivo principal fornecer subsídios para uma tomada de decisão quanto à necessidade de remoção de nutrientes para lançamento de esgotos sanitários por meio de emissários submarinos, de maneira a garantir um nível de tratamento mínimo sem que haja um comprometimento do corpo receptor em termos de potencial de eutrofização. Para isso, foram utilizados dois sistemas de disposição oceânica de esgotos sanitários: Santos/São Vicente e Praia Grande 2. O impacto ambiental do lançamento de esgotos pelos emissários submarinos foi avaliado por um modelo numérico de eutrofização, sendo as características da pluma de esgoto no campo próximo determinada pelo software CORMIX e acoplado no modelo de campo distante. A necessidade de remoção de nitrogênio e fósforo foi estimada com base na metodologia do Plano Oceânico da Califórnia. Os resultados demonstraram que tanto para o caso do emissário submarino de Santos quanto para o de Praia Grande haveria necessidade de remover amônia e fosfato para atender a legislação CONAMA 357/2005 quando operados com vazões de 3,0 e 5,3 m³.s-¹. Além disso, quando os sistemas foram operados sem tratamento ocorreu um aumento significativo na concentração de clorofila-a, atingindo valores de até 16 µg chl-a/L 12 µg chl-a/L na baía de Santos e Praia Grande, respectivamente. Os resultados demonstraram também que a utilização de um tratamento secundário com oxidação parcial da amônia promoveria uma redução de apenas 30% na concentração de clorofila-a, enquanto que a utilização de um TPQA com remoção de fosfato promoveria uma resposta ambiental melhor, levando a uma redução de até 71% na concentração de clorofila-a, resultados semelhantes ao tratamento terciário com remoção de nitrogênio e fósforo, resultados semelhantes aos obtidos quando foi considerado o tratamento terciário com remoção de nitrogênio e fósforo. / Due to environmental issues related to wastewater ocean discharge, much has been debated about the level of treatment that should be adopted or which constituents must be removed from wastewater before its final disposal in coastal zones. Within this context, this study aimed to provide support for a decision making on the need of wastewater nutrient removal before its final disposal through submarine outfalls in order to ensure an adequate treatment level, minimizing the environmental impact on the receiving body in terms of eutrophication potential. For this purpose, two wastewater ocean disposal systems: Santos/San Viciente and Praia Grande 2, were evaluated. The environmental impact of wastewater discharge through submarine outfalls was evaluated by a 2D eutrophication numerical model. Wastewater mixing conditions in the near field plume was evaluated using the software CORMIX, and the results were coupled to a far-field model. Nitrogen and phosphorus removals were evaluated through the California Ocean Plan methodology. The results showed that the removal of ammonia and phosphate is required for both submarine outfalls, Santos and Praia Grande, to meet the Brazilian legislation(CONAMA357/2005) when they are operated with flow rates of 3.0 and5.3m³.s-¹. Furthermore, when the systems are operated without treatment, modeled chlorophyll-a concentrations increased up to 16 µg chl-a/L and 12 µg chl-a/L in Santos bay and Praia Grande, respectively. The results also demonstrate that the use of a secondary treatment with partial ammonia oxidation promote a reduction of only 30% in the chlorophyll-a, while the use of a CEPT with phosphate removal promote a better environmental response, resulting a chlorophyll-a concentration reduction of 71%, similar results were obtained when tertiary treatment was considered for nitrogen and phosphorus removals.

As simulações computacionais são comumente empregadas no estudo do processo da dispersão da pluma de efluente de esgoto no mar como suporte no projeto de sistemas de emissários submarinos. Os modelos de campo próximo são uma ferramenta eficiente para prever o comportamento desses sistemas, através da previsão da diluição inicial, das principais dimensões da pluma e da concentração final de poluentes, informações úteis para o projeto do difusor. Usando modelos de campo próximo, como o NRFIELD e o UM3 do Visual Plumes, é possível simular diferentes alternativas de emissários. No entanto, a realização de muitas simulações resulta numa grande quantidade de informações que impede a obtenção de conclusões objetivas, consumindo muito tempo do projeto. Uma estratégia para um processo de simulação eficiente que permita a obtenção da máxima informação possível com um número mínimo de simulações é fundamental. Na análise dos resultados de simulações nas quais seus parâmetros de entrada são modificados de forma controlada, as causas das mudanças na resposta podem ser facilmente identificadas. Devido a isto, o uso da análise estatística foi considerado. As ferramentas estatísticas podem ser úteis na organização das simulações e na análise subsequente dos resultados. O Planejamento de Experimentos (DOE) é a metodologia estatística para uma experimentação eficiente, permitindo a identificação das variáveis estatisticamente significativas em qualquer sistema ou processo e, a Metodologia de Superfície de Resposta permite a otimização de sistemas a partir de suas variáveis estatisticamente significativas. Considerando isso, o objetivo principal desta pesquisa foi apresentar uma nova abordagem para otimizar, por meio da simulação computacional com modelos de campo próximo e da utilização das ferramentas estatísticas: Planejamento de Experimentos e Superfícies de Resposta, a quantidade de simulações necessárias para a obtenção do valor de diluição inicial mais próximo do ótimo, no projeto de emissários submarinos, através da identificação das variáveis estatisticamente significativas, na predição da diluição inicial, nos modelos de campo próximo do Visual Plumes. Os resultados do trabalho mostraram que só três variáveis geométricas, da configuração do difusor de um emissário, são estatisticamente significativas para a previsão da diluição inicial, e que apenas umas poucas simulações, estatisticamente planejadas, são indispensáveis para a obtenção de uma configuração de emissário mais eficiente. / The computational simulations are commonly employed in the study of the process of dispersion of sewage plume at sea as support in the design of submarine outfall systems. The near field models are an efficient tool to predict the behavior of these systems, by predicting the initial dilution, the main dimensions of the sewage plume and the final concentration of pollutants, useful information for the design of the diffuser. Using near field models such as NRFIELD and UM3 from Visual Plumes, it is possible to simulate different submarine outfall alternatives for their posterior comparison and analysis. However, when many simulations are conducted, it is resulted a large amount of information, which make more difficult to obtain objective conclusions and it is much more time consuming solution. A strategy for an efficient simulation process, that allows obtaining the maximum possible information with a minimum number of simulations, is quite fundamental. In the analysis of the results of simulations in which its input parameters are modified in a controlled way, the causes of the changes in the response can be easily identified. Because of this, the use of statistical analysis was considered. Statistical tools can be useful in organizing the simulations and in the subsequent analysis of the results. The Design of Experiments (DOE) is the statistical methodology to guarantee an efficient experimentation, allowing the identification of the statistically significant variables in any system or process, and the Response Surface Methodology allows the optimization of the systems using their statistically significant variables. Considering this, the main objective of this research was to present a new approach to optimize, through computational simulation with near field models and the use of statistical tools: Design of Experiments and Response Surfaces Methodology, the number of necessary simulations to obtain the initial dilution value closer to the optimum, in the design of submarine outfalls, through the identification of the statistically significant variables, in the prediction of the initial dilution, in the near field models. The results of the work showed that only three of the diffuser geometric variables are statistically significant for the initial dilution prediction, and that only a few statistically planned simulations are indispensable for obtaining a more efficient submarine outfall configuration.