Análise de variação e comparação de índices de estado trófico: reservatórios dos aproveitamentos hidrelétricos de Rio Bonito e Suíça / Variance analysis and comparison of trophic state indexes: Rio Bonito and Suíça power plants reservoirs

RESUMO Reservatórios têm sido construídos em todo o mundo para regularização de vazões, com vistas à melhoria de condições de uso dos recursos hídricos de bacias hidrográficas para diferentes propósitos, como abastecimento humano e industrial, irrigação e geração de energia elétrica. Águas de rios e córregos, que transportam nutrientes em excesso provenientes de esgotos sanitários e fertilizantes, quando represadas, podem estar sujeitas a grandes alterações qualitativas decorrentes de processos de eutrofização. Diversos índices foram criados por pesquisadores para classificação de estados de trofia de corpos d'água. No presente estudo foram analisados e comparados três índices de estado trófico (IETs) a partir da aplicação aos reservatórios da Pequena Central Hidrelétrica de Rio Bonito e da Usina Hidrelétrica Suíça, localizados na bacia do Rio Santa Maria da Vitória, no estado do Espírito Santo, considerando resultados de monitoramentos de qualidade de água em 20 campanhas realizadas entre outubro de 2008 e julho de 2014. Os reservatórios recebem aporte de nutrientes provenientes de esgotos domésticos, cultivos agrícolas e granjas. Foram considerados, especificamente, índices desenvolvidos por Carlson (1977), Lamparelli (2004) e Cunha, Calijuri e Lamparelli (2013). Concluiu-se que diferentes modelos podem resultar em classificações de estado trófico muito diferentes. O modelo de Carlson (1977), desenvolvido para reservatórios de clima temperado, resultou em classificação mais rigorosa, classificando os reservatórios principalmente como eutróficos e mesotróficos. Os modelos de Lamparelli (2004) e Cunha, Calijuri e Lamparelli (2013), desenvolvidos para reservatórios de clima tropical/subtropical, apresentaram resultados mais próximos, classificando os reservatórios principalmente como oligotróficos. Concluiu-se também que a sazonalidade e as precipitações pluviométricas nas bacias hidrográficas dos reservatórios podem influenciar de forma muito significativa os parâmetros de qualidade de água e a classificação do estado trófico de reservatórios. A grande variedade de classes de estado trófico escolhidas a partir dos diferentes modelos indica a importância da escolha adequada de modelos e índices, de acordo com as condições prevalentes nos corpos hídricos de interesse.

ABSTRACT Reservoirs have been built worldwide to regularize flows for improvement of watersheds water resources use conditions for different purposes, such as human and industrial supply, irrigation and power generation. Waters of rivers and streams that carry excessive nutrients from sewage and fertilizers, when dammed, may be subject to significant qualitative changes resulting from eutrophication processes. Several indexes have been created by researchers for trophic state classification of water bodies. In this study three trophic state indexes (TSIs), developed by Carlson (1977), Lamparelli (2004) and Cunha, Calijuri and Lamparelli (2013), were analyzed and compared, through the application to two power plant reservoirs, denominated Rio Bonito and Suíça, located in the Santa Maria da Vitoria river watershed, Espírito Santo state, Brazil. Results from 20 water quality monitoring campaigns were considered, conducted between October 2008 and July 2014. The reservoirs receive nutrient loads originated from domestic sewage, agricultural crops and chicken farms. It was concluded that application of different models may result in very different trophic state class definition. The application of the Carlson model (1977), developed for temperate climate reservoirs, resulted into higher eutrophic class level, classifying the reservoirs mainly as eutrophic and mesotrophic. Lamparelli (2004) and Cunha, Calijuri and Lamparelli (2013) models, developed for tropical/subtropical climate reservoirs, presented closer results, classifying the reservoirs mostly as oligotrophic. It was also concluded that seasonality and rainfall in reservoirs catchment areas may influence very significantly the reservoirs water quality parameters and trophic state classification. The wide variety of trophic classes chosen for the reservoirs, in this work, indicates the importance of the proper choice of models and indexes, according to the prevailing conditions in the water bodies of interest.

Análise probabilística de parâmetros de qualidade da água para suporte ao processo de enquadramento de cursos d'água / Probabilistic water quality parameters analysis for supporting Brazilian watercourses use classes definition processes

RESUMO O presente trabalho teve como objetivo geral estudar o emprego de curvas de probabilidade da qualidade da água como subsídio para o enquadramento legal dos corpos d'água. Para a avaliação da utilização das referidas curvas foram reunidas informações sobre qualidade da água do Rio Jucu, principal manancial de abastecimento da Região Metropolitana da Grande Vitória, Espírito Santo. A partir da função de distribuição acumulada, foram construídas curvas de probabilidade de ocorrência para diferentes parâmetros físicos, químicos e bacteriológicos de qualidade de água, e avaliadas frequências de incompatibilidade com padrões estabelecidos pela Resolução CONAMA nº 357/2005 para diferentes classes de uso. A avaliação de incompatibilidade considerou duas perspectivas: (1) enquadramento único para o curso d'água, perspectiva na qual as curvas de probabilidade foram construídas com a reunião de todos os registros de qualidade dos diferentes pontos de monitoramento; e (2) enquadramento diferenciado ao longo do curso d'água. Avaliou-se, adicionalmente, a influência da sazonalidade do regime hidrológico sobre as respostas oferecidas pelas curvas de probabilidade. Os resultados indicaram que os parâmetros fósforo total e coliformes termotolerantes apresentaram elevados percentuais de incompatibilidade, independentemente da classe de uso, da perspectiva de enquadramento (único ou diferenciado ao longo do rio) e do período do ano hidrológico (seco ou úmido). A avaliação sazonal demonstrou que apenas o parâmetro de turbidez, quando considerada a perspectiva de enquadramento na classe 1, apresentou diferença entre as frequências de incompatibilidade observadas para os períodos seco e úmido do ano hidrológico.

ABSTRACT The present work aims to study the use of water quality probability curves for technical support of legal watercourse reaches water uses class definition. For the evaluation of the use of such curves, we used data from the Jucu River water quality. This is the main water source of the metropolitan region of Vitória, Espírito Santo, Brazil. From the accumulated distribution function, different physical, chemical and bacteriological water quality parameters probability curves were fitted to the monitoring data in order to evaluate frequencies of incompatibility with established legal standards corresponding to different Brazilian National Council CONAMA 357/2005 Resolution watercourse use classes. The incompatibility evaluation considered two different conditions: (1) unique, by aggregating all water quality parameters values for all different monitoring points; and (2) different water use classes along the Jucu River. Additionally, the influence of the hydrological regime seasonality on the probability curves was evaluated. The results indicated that total phosphorus and coliforms parameters presented high incompatibility frequencies, regardless of water use class (unique or different along the river) and season (dry or wet). The seasonal assessment showed that only the turbidity parameter presented significant differences among incompatibility frequencies, considering wet and dry periods of the hydrological year, and only for the CONAMA Resolution water use class 1.

Desenvolvimento de sistema de Controle Ótimo para processo de tratamento de efluentes / Development of Optimal Control systems for wastewater treatment system

Este trabalho teve por objetivo geral propor e avallar técnicas de desenvolvimento de sistemas de controle automático para processos de tratamento de efluentes envolvendo lodos ativados. Os sistemas de controle propostos foram estabelecidos a partir da aplicação da Teoria de Controle Ótimo, considerando o emprego de um modelo dinâmico simplificado do processo de lodos ativados. Simulações computacionais foram utilizadas para a avaliação do desempenho dos sistemas de controle propostos. Os resultados obtidos permitiram concluir que o modelo dinâmico do processo de lodos ativados utilizado neste trabalho, estabelecido a partir de uma simplificação de modelo largamente aceito, segundo literatura técnica corrente, mostrou-se estável e adequado à definição de sistemas de controle.

This study aimed at developing and evaluating techniques for the development of automatic control systems for wastewater treatment systems involving activated sludge process. The proposed control systems were established from the application of Optimal Control Theory, considering the use of a simplified dynamic model of the activated sludge process. Computer simulations were used to assess the performance of the control systems proposed. The results showed that the dynamic model of the activated sludge process utilized in this study, obtained by simplifying a very well accepted model, according to the current technical literature, was stable and suitable for the definition of control systems.

Eutrofização em reservatórios – Estudo de caso: reservatório de Rio Bonito (ES) / Eutrophication in reservoirs – Case study: reservoir of Rio Bonito (ES)

O reservatório da Pequena Central Hidrelétrica de Rio Bonito, localizado na bacia do Rio Santa Maria da Vitória, no Estado do Espírito Santo, Brasil, é um dos principais mananciais de abastecimento da região metropolitana da Grande Vitória e recebe aporte de nutrientes provenientes de esgotos domésticos, cultivos agrícolas e granjas. O presente estudo tem como objetivo analisar as condições do referido corpo de água, quanto a aspectos relacionados com a eutrofização, para o ano hidrológico outubro de 2008 a setembro de 2009, a partir de resultados de monitoramento bimestral de qualidade de água realizado em pontos situados no seu interior, a montante e a jusante. Além disto, procurou-se verificar a influência de precipitações pluviométricas e sazonalidade sobre a classificação relativa a estados tróficos. Foi realizada classificação das águas do reservatório, quanto ao estado trófico, de acordo com diferentes modelos matemáticos e Índices de Estado Trófico (IET), incluindo modelos de Salas e Martino e da OECD, além de IETs de Carlson e de Lamparelli. Concluiu-se que diferentes modelos podem resultar em diferentes classes de níveis de trofia e que precipitações pluviométricas e sazonalidade apresentam grande influência na classificação. Dessa forma, é de grande importância a escolha de modelos e índices adequados às condições do clima e dos corpos hídricos de interesse. Além disso, foi verificado que o ponto situado a jusante do reservatório apresentou melhores condições qualitativas do que o situado à montante. Isso indica que o reservatório pode estar funcionando, indevidamente, como uma lagoa de estabilização.

The Rio Bonito Hydropower Plant reservoir is located in the Santa Maria da Vitória River watershed, state of Espírito Santo, Brazil, a major water supply source for the Great Vitória metropolitan region. This river receives significant nutrient input from domestic sewage, agricultural crops, farms and piggeries. The study presents as main objective the analysis of the conditions of the cited water body, considering eutrophication aspects, for the hydrological year from October 2008 to September 2009, based on the results from bimonthly water quality monitoring developed within, upstream and downstream the reservoir. It was verified the influence of rainfall and seasonality on different water bodies trophic states classification methods. Trophic state classification was made according to Trophic State Index (TSI) and different mathematical models, including Salas and Martino, OECD, and Carlson and Lamparelli models. It was concluded that different classification models may result in different trophic level classes and that rainfall and seasonal conditions present large influence on the classification. Thus, it is very important the choice of models and indices according to the region weather and water bodies conditions. It was also concluded that water from the river monitored point located downstream the reservoir presented better quality than that from point located upstream, indicating that the reservoir may be working, improperly, as a stabilization pond.

Análise técnica dos novos padrões brasileiros para amônia em efluentes e corpos d'água / Technical analysis of the new Brazilian concentration limits for ammonia in effluents and bodies of water

Este trabalho discute os padrões estabelecidos pelas resoluções Conama 357/2005 e 397/2008 para os compostos de amônia em efluentes e corpos d'água. Os padrões estabelecidos pelas referidas resoluções são confrontados com os estabelecidos pela revogada Resolução Conama 20/1986 e com os padrões norte-americanos. As discussões permitem concluir que a Resolução Conama 357/2005 apresenta avanços em relação aos padrões anteriormente estabelecidos, incorporando a influência do pH sobre distribuição e toxicidade dos compostos amoniacais e alterando a concentração máxima aceitável para a amônia total nos efluentes. A Resolução Conama 397/2008 permite a eliminação do limite para efluentes sanitários. No entanto, as referidas resoluções não consideram a influência da temperatura sobre o comportamento dos compostos de amônia.

This paper discusses the Brazilian National Council legislation (Resolutions 357/2005 and 397/2008) standards for ammonia composts in water and effluents. Standards indicated by resolutions are compared to those from previous Conama Resolution 20/1986 and with North American standards. It is concluded that the new ammonia limit concentrations, from Resolution 357/2005 for water bodies and industrial effluents and the elimination of effluent concentration limits for sanitary effluents, by Resolution 397/2008, represent an advance over previous Brazilian standards by considering the pH influence on the distribution and toxicity of ammonia composts, increasing the maximum total ammonia concentration for industrial effluents and eliminating maximum total concentration limits for sanitary effluents. However, the Resolution 357/2005 does not take into account temperature influence on these distribution and toxicity.