Resumo

A reaeração superficial é um importante fenômeno físico de inserção do oxigênio atmosférico na massa líquida de um corpo d’água natural. Este fenômeno ocorre principalmente na interface ar-água e pode ser quantificado por um coeficiente de reaeração superficial (K2). O K2 é um importante parâmetro presente em modelos de qualidade da água, o que implica em uma estimativa confiável deste parâmetro.

Este trabalho objetivou calibrar uma nova configuração do método da sonda solúvel flutuante (i.e., formato esférico) e estimar o K2 de quatro diferentes riachos localizados no município de São Carlos (SP). Para tanto, foram utilizados a técnica do traçador gasoso para a obtenção dos K2, e em seguida, o método da sonda esférica solúvel flutuante (SESF) para a obtenção das velocidades de dissolução (VS). O gás traçador utilizado foi o hexafluoreto de enxofre (SF6) e o traçador conservativo foi o cloreto de sódio (NaCl). O lançamento dos traçadores foi realizado por meio do método do plateau e a determinação da concentração do SF6 feita por meio da técnica do headspace e cromatografia gasosa. O K2 foi estimado por meio do coeficiente angular obtido do decaimento da concentração de SF6 em relação à distância do trecho. A SESF foi confeccionada com ácido oxálico dihidratado por meio da compactação por pressão, e colocada para flutuar sob o curso d’água do riacho no mesmo trecho em que foi empregada a técnica do traçador gasoso. O tempo de percurso da SESF foi cronometrado e o diâmetro medido por meio de um paquímetro. Os valores de K2 variaram de 15,5 a 548 dia-1 e os valores de VS, entre 1,68 e 11,14 m/dia. A correlação entre K2 e VS forneceu um bom ajuste linear (R2 = 0,90). Entretanto, nenhuma base teórica e experimental indica que a relação entre a razão de K2 e VS seja constante e independente do nível de turbulência. Conclui-se que o método da SESF possui um elevado potencial, devido à simplicidade e baixo custo. Entretanto, para que se possa atribuir utilidade definitiva a esta método, é necessária a calibração em cursos d’água naturais de portes maiores para a determinação das incertezas associadas à correlação entre K2 e VS.

Introdução

A transferência de gases através da superfície livre de um recurso hídrico (i.e., interface ar-água) é um fenômeno físico que ocorre nos ciclos biogeoquímicos de diversos elementos (e.g., nitrogênio, carbono, oxigênio), sendo frequentemente aplicada nas áreas da engenharia e das ciências ambientais (JANZEN et al., 2008). Entre os gases dissolvidos em corpos d’água naturais, o oxigênio dissolvido (OD) é um importante parâmetro de qualidade da água, pois a biota aquática aeróbia requer níveis adequados de OD para sobreviver (BENSON et al., 2014).

Em um corpo d’água natural, a reaeração superficial e a fotossíntese são as principais fontes responsáveis por introduzir o OD no meio, porém a demanda bentônica, oxidação de matéria orgânica, respiração pela biota aeróbia, nitrificação e a oxidação química de substâncias podem reduzir o OD disponível

Os modelos matemáticos aplicados à gestão da qualidade dos recursos hídricos são capazes de prever, em função das características biológicas, físicas, químicas, hidráulicas e de cargas de águas residuárias lançadas no corpo d’água, os perfis de algumas variáveis de qualidade da água (e.g., OD) ao longo do eixo longitudinal dos sistemas aquáticos. Essa previsão é importante para o gerenciamento dos recursos hídricos, pois por meio dela é possível determinar a eficiência das estações de tratamento de águas residuárias para que os corpos d’água receptores apresentem, ao longo de toda sua extensão, concentrações de OD compatíveis com as exigências da legislação ambiental (e.g., Resolução CONAMA nº 357, de 17 de março de 2005).

De acordo com Queiroz et al. (2015), desde o início do século XX diversos pesquisadores realizaram esforços com o objetivo de entender o fenômeno da reaeração superficial. Como resultado, foram desenvolvidas diversas técnicas para estimar o K2. De acordo com Cox (2003), as principais técnicas são: Balanço do oxigênio dissolvido (STREETER; PHELPS, 1925) e traçadores gasosos (TSIVOGLOU; WALLACE, 1972). No entanto, algumas das técnicas fornecem diferentes estimativas do K2, e outras são onerosas e dispendiosas (BICUDO; JAMES, 1989)

Com base em considerações teóricas e investigações experimentais, estudiosos do assunto (e.g., GIORGETTI; GIANSANTI, 1983; BICUDO; JAMES, 1989; GIORGETTI; SCHULZ, 1990; BELANGER et al., 1999) têm apresentado contribuições para melhorar a estimativa de K2. Uma das técnicas de previsão compreende o uso de uma sonda solúvel flutuante.

Desenvolvida inicialmente por Giorgetti e Giansanti (1983) a técnica da sonda solúvel flutuante constitui um método alternativo e bastante promissor, principalmente por sua simplicidade e baixo custo (BICUDO; JAMES, 1989; BELANGER et al., 1999). Os autores da técnica partiram da hipótese que a velocidade de dissolução (VS) de um sólido submerso e flutuando próximo à interface ar-água é influenciada pela turbulência do escoamento da água. Esta turbulência, por sua vez, é também um fator que influencia a reaeração superficial do corpo d’água.

O propósito do presente trabalho consistiu em calibrar (obter uma relação entre K2 e VS) uma nova configuração para sonda solúvel flutuante, em formato esférico e constituída de ácido oxálico dihidratado. Esta calibração ocorreu em diferentes épocas do ano e em cursos d’água naturais, com o intuito de abranger um gradiente de características químicas, físicas e hidráulicas distintas. Por fim, a calibração entre as técnicas de estimativa e a proposição de eventuais aprimoramentos metodológicos podem contribuir para maior confiabilidade nas estimativas do K2.

Autores:  Murilo de Souza Ferreira; Wesley Aparecido Saltarelli; Nícolas Reinaldo Finkler; Carlos Eduardo Kolb Maynardes Araújo de Campos Jordão e Davi Gasparini Fernandes Cunha.