TÍTULO: AVALIAÇÃO DA INFLUÊNCIA DO DIÂMETRO MÉDIO DAS PARTÍCULAS SUSPENSAS E DA COR DA ÁGUA NA RELAÇÃO ENTRE TURBIDEZ E CONCENTRAÇÃO DE SÓLIDOS SUSPENSOS EM RIOS
AUTORES: CALIARI, P.C. (IFES) ; TEIXEIRA, E.C. (UFES)
RESUMO: Usualmente, a concentração de sólidos suspensos (CSS) em corpos d’água é determinada através de método lento e custoso. Uma alternativa simplificada para se estimar a CSS é através de relações do tipo CSSxTurbidez. Entretanto essa relação é afetada por algumas características, como o tamanho dos sólidos suspensos e a cor da água. Neste trabalho, buscou-se desenvolver de modelos de predição da CSS a partir da turbidez, além de avaliar a influência do diâmetro médio das partículas (D50) e da cor da água nessa relação, através de dados produzidos em laboratório. Verificou-se que a turbidez é afetada diretamente pela CSS, e inversamente pelo D50 e cor da água. Os erros observados entre valores de CSS estimados e reais mostraram ser promissor o desenvolvimento de modelos do tipo CSSxTurbidez.
PALAVRAS CHAVES: sólidos suspensos, turbidez, água
INTRODUÇÃO: A presença de sedimentos em cursos d’água pode advir do material erodido do seu leito, bem como dos terrenos da bacia hidrográfica, podendo ocasionar alterações na turbidez da água.
Conforme Piccolo et al. (1999), a turbidez elevada tende a ocasionar um aumento no consumo de coagulante durante o tratamento da água, em função do aumento na quantidade de sólidos em suspensão (SS), aumentando conseqüentemente o custo do processo.
A análise rotineira dos SS seria de grande importância para a avaliação da carga de sólidos removida, e sua relação com a quantidade de lodo produzido nas Estações de Tratamento de Água (ETA’s). Entretanto, esta análise não é realizada devido ao tempo requerido e custo elevado, visto que, tradicionalmente, a determinação da concentração de sólidos suspensos (CSS) em corpos d’água é feita a partir de análises laboratoriais que demandam tempo e custos operacionais, o que dificulta, inclusive, o monitoramento de qualidade da água em bacias hidrográficas. Assim, a busca de métodos simplificados de determinação da CSS em corpos d’água torna-se evidenciada.
A literatura indica a possibilidade de atendimento dessa demanda através da disponibilização de relações envolvendo a CSS e a turbidez da água (Bhargava e Mariam, 1994; Picollo et al., 1999; Teixeira e Senhorelo, 2000; Sun et al., 2001; Siebert, 2000; Pavanelli e Pagliarani, 2002; Caliari, 2004). Contudo, a própria literatura aponta que a turbidez da água é dependente, também, de outros parâmetros, como a cor da água e o tamanho do material em suspensão (D50).
Neste contexto, o presente trabalho teve objetivo a obtenção de modelo do tipo CSSxTurbidez, a avaliação da influência da cor e do D50 neste modelo, além de se verificar os erros entre valores de CSS estimados e reais.
MATERIAL E MÉTODOS: Segundo Walling et al. (2000), os tamanhos das partículas suspensas são usualmente reportados em função do diâmetro médio, D50, que corresponde ao diâmetro apresentado por 50 %, em massa, das partículas presentes. Conforme informações da literatura [Walling et al. (2000) e Chikita et al. (2002)] mais de 90% dos SS em cursos d’água, têm diâmetro máximo inferior a 63m. Assim, foram adotados, para D50 os valores: 32m, 38m, 45m e 53m.
Com base em dados da Agência Nacional de Águas, ANA, da Companhia Espírito Santense de Saneamento (CESAN), e de dados extraídos de Piccolo et al. (1999) e de Teixeira e Senhorelo (2000), os valores de CSS considerados no trabalho foram 20, 40, 80, 160, 320 e 640mg/L. Já em relação à cor, de acordo com informações obtidas junto à ANA, CESAN, Piccolo et al. (1999) e de testes preliminares, os valores empregados de cor da água foram: 200, 400, 600, 800, 1000, 1200, e 1400mgPt/L.
Inicialmente providenciou-se o peneiramento de uma quantidade suficiente de um solo, de acordo com a ISO 4701 (ISO, 1999), usando-se peneiras que gerassem os D50 pretendidos. Separadas as diversas frações de material, foram preparadas amostras com a dissolução, em água com turbidez igual a zero (1L por amostra), de massas que produzissem as concentrações desejadas, para cada valor de D50. Obtidas as amostras, determinava-se a turbidez delas usando-se um turbidímetro. Realizadas as análises de todas as amostras, os dados obtidos foram submetidos a regressão linear, para que fosse gerado o modelo CSSxTurbidez.
Para a avaliação da influência da cor na relação CSSxTurbidez foram analisadas 3 (três) amostras aleatórias. Para cada uma delas, fazia-se a adições de corante artificial, de forma a se obter a cor pretendida, medindo-se, em seguida, o valor da Turbidez.
RESULTADOS E DISCUSSÃO: Os resultados mostraram que a Turbidez é função da CSS, além de ter sido observado que amostras com os mesmos valores de CSS apresentarem valores diferentes de Turbidez. Tais resultados são condizentes com observações feitas por Pavanelli e Pagliarani (2002), pois segundo os autores, soluções com igual CSS, de diferentes composições granulométricas, podem apresentar diferentes turbidez. Neste contexto, verificou-se a diminuição da Turbidez com o aumento do D50, conforme mostrado na figura 01.
Em relação ao parâmetro cor, observou-se diminuição da turbidez com o aumento da cor da água, independente dos valores de CSS e D50, conforme ilustrado pela figura 02. Os resultados evidenciaram que quanto maior a concentração, menor é a redução percentual da turbidez com o aumento da cor, indo de 16,6% (20mg/L), até 11,7% (80mg/L). Ocorre diminuição da turbidez da água, quando da presença de substâncias dissolvidas que absorvem luz, pois com a absorção dela, o seu espalhamento é minimizado. Ressalta-se que a leitura da turbidez pelos turbidímetros está baseada na luz espalhada pelas partículas suspensas.
Dados os objetivos do trabalho, gerou-se um modelo que relacionasse a CSS como função da turbidez (equação 01). Obtido o modelo, os dados de turbidez e CSS que o geraram foram aplicados nele, de forma a se verificar a capacidade de predição da CSS a partir da turbidez. A capacidade de predição foi avaliada com base nos resíduos percentuais absolutos gerados (diferença entre valor estimado e o real). Verificou-se um bom nível de resposta do modelo, e que os resíduos gerados eram decrescentes com o aumento da concentração, variando de 28% até 7%para as concentrações de 20 até 640mg/L, respectivamente.
Equação 01: CSS= (0,837xTurbidez-7,513)^1,030
CONCLUSÕES: - A turbidez mostrou ser um parâmetro promissor para a determinação da CSS.
- Modelos desenvolvidos por faixa de concentração tendem a gerar erros menores.
- Os parâmetros CSS, D50 e Cor mostraram influenciar de forma significativa os valores da relação CSS x Turbidez.
- O tipo de equação utilizada para relacionar a CSS em função dos demais parâmetros [CSS = (A + B1.P1 + B2.P2+ …..+ Bn.Pn)^C, sendo A, B1, B2, … Bn constantes e P1, P2, …. Pn, variáveis do problema (ex. Turbidez e Cor)], mostrou ajustar-se bem aos dados experimentais.
AGRADECIMENTOS: Os autores agradecem ao GEARH/UFES, Vale e ArcelorMittal Tubarão, por todo o apoio dispensado para a realização deste trabalho.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: * BHARGAVA, D.S.; MARIAM, D.W. Effects of particle sizes on the turbidity evaluation. IE (I) Journal-EN, v. 74, 1994.
* CALIARI, P.C. Relação entre turbidez e concentração de sólidos suspensos em rios: avaliação de fatores que influenciam e proposição de modelos de estimativa. Dissertação (Mestrado em Engenharia Ambiental) – Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental, Universidade Federal do Espírito Santo, Vitória, 2004.
* CHIKITA, K.A., KEMNITZ, R., KUMAI, R. Characteristics of sediment discharge in the subarctic Yukon River, Alaska. Catena, v. 48, p. 235-253, 2002.
* INTERNATIONAL ORGANIZATION FOR STANDARDIZATION. Iron ores-determination of size distribution by sieving. TC 102/SC 1, ICS 73.060.10, 1999.
* PAVANELLI, D.; PAGLIARANI A. Monitoring Water Flow, Turbidity and Suspended Sediment Load, from an Apennine Catchment Basin, Italy. Biosystems Engineering, v. 83, p. 463-468, 2002.
* PICCOLO, M.A.M., PINTO, C.A.; TEIXEIRA, E.C. Correlação entre Sólidos em Suspensão, Cor e Turbidez para Água Captada no Rio Jucú - ES. In: XX CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL, Rio de Janeiro, 1999.
* SIEBERT, K.J. Realtionship of Particle Size to Light Scattering. J. Am. Soc. Brew. Chem., v. 58 (3), p. 97 – 100, 2000.
* SUN, H., CORNISH, P.S. e DANIELL, T.M. Turbidity-based erosion in a catchment in South Australia. Journal of Hydrology, v.253, p.227 – 238, 2001.
* TEIXEIRA, E.C.; SENHORELO, A.P. Avaliação de Correlação entre Turbidez e Concentração de Sólidos Suspensos em Bacias Hidrográficas com Uso e Ocupação Diferenciada. XXVII Congresso Interamericano de Engenharia Sanitária e Ambiental, Porto Alegre, 2000.
* WALLING, D.E., OWENS, P.N., WATERFALL, B.D., LEEKS, G.J.L.; WASS, P.D. The particle size characteristics of fluvial suspended sediment in the Humber and Tweed Catchments, UK. The Science of Total Environment, v. 251/252, p. 205 – 222, 2000.
