Determinação de uma fonte de contaminantes no estuário do Rio Macaé através da técnica de problemas inversos

Um grande desafio da atualidade é a preservação dos recursos hídricos, bem como o correto manejo dos mesmos, frente à expansão das cidades e às atividades humanas. A qualidade de um corpo hídrico é usualmente avaliada através da análise de parâmetros biológicos, físicos e químicos. O comportamento de tais parâmetros pode convenientemente ser simulado através de modelos matemáticos e computacionais, que surgem assim como uma ferramenta bastante útil, por sua capacidade de geração de cenários que possam embasar, por exemplo, tomadas de decisão. Nesta tese são discutidas técnicas de estimação da localização e intensidade de uma fonte de contaminante conservativo, hipoteticamente lançado na região predominantemente fluvial de um estuário. O lançamento aqui considerado se dá de forma pontual e contínua e a região enfocada compreendeu o estuário do Rio Macaé, localizado na costa norte do Rio de Janeiro. O trabalho compreende a solução de um problema direto, que consiste no transporte bidimensional (integrado na vertical) desse contaminante hipotético, bem como a aplicação de técnicas de problemas inversos. Para a solução do transporte do contaminante, aqui modelada pela versão 2D horizontal da equação de advecção-difusão, foram utilizados como métodos de discretização o Método de Elementos Finitos e o Método de Diferenças Finitas. Para o problema hidrodinâmico foram utilizados dados de uma solução já desenvolvida para estuário do Rio Macaé. Analisada a malha de acordo com o método de discretização, foram definidas a geometria do estuário e os parâmetros hidrodinâmicos e de transporte. Para a estimação dos parâmetros propostos foi utilizada a técnica de problemas inversos, com o uso dos métodos Luus-Jaakola, Algoritmo de Colisão de Partículas e Otimização por Colônia de Formigas para a estimação da localização e do método Seção Áurea para a estimação do parâmetro de intensidade da fonte. Para a definição de uma fonte, com o objetivo de propor um cenário experimental idealizado e de coleta de dados de amostragem, foi realizada a análise de sensibilidade quanto aos parâmetros a serem estimados. Como os dados de amostragem de concentração foram sintéticos, o problema inverso foi resolvido utilizando-os com e sem ruído, esse introduzido de forma artificial e aleatória. Sem o uso de ruído, os três métodos mostraram-se igualmente eficientes, com uma estimação precisa em 95% das execuções. Já com o uso de dados de amostragem com ruídos de 5%, o método Luus-Jaakola mostrou-se mais eficiente em esforço e custo computacional, embora todos tenham estimado precisamente a fonte em 80% das execuções. Considerando os resultados alcançados neste trabalho tem-se que é possível estimar uma fonte de constituintes, quanto à sua localização e intensidade, através da técnica de problemas inversos. Além disso, os métodos aplicados mostraram-se eficientes na estimação de tais parâmetros, com estimações precisas para a maioria de suas execuções. Sendo assim, o estudo do comportamento de contaminantes, e principalmente da identificação de fontes externas, torna-se uma importante ferramenta para a gestão dos recursos hídricos, possibilitando, inclusive, a identificação de possíveis responsáveis por passivos ambientais.

Avaliação de Metodologia para Controle e Medição de Cor em Efluentes Têxteis.

Os processos de beneficiamento têxtil, como o alvejamento, a purga, o tingimento e as lavagens são reconhecidamente impactantes ao meio ambiente, tanto do ponto de vista de consumo de água, quanto da geração de efluentes. Os efluentes têxteis oriundos dos processos de beneficiamento se caracterizam por apresentarem elevadas concentrações de substâncias emulsificantes, íons cloreto, sólidos e matéria orgânica, além de alta toxicidade. Mas sem dúvida, o maior problema desses efluentes deve-se a presença de corantes e pigmentos. Alguns parâmetros físico-químicos importantes no controle da poluição hídrica são de difícil medição e consequente monitoramento, principalmente pela ausência de legislação que expresse de maneira clara e objetiva os limites destes parâmetros. Este fato permite avaliações dúbias e contestações aos órgãos ambientais. Especificamente no caso do parâmetro cor, esta subjetividade obriga muitas indústrias a empregarem valores de controle de cor oriundos de outros estados, ou até mesmo de outros países. No Rio de Janeiro, de acordo com a NT-202-R-10 do INEA, o critério para cor é estar virtualmente ausente no efluente. Neste contexto, este estudo avaliou algumas metodologias empregadas na determinação da cor em um efluente têxtil. Para a medição de cor, foram empregadas três metodologias descritas na literatura. A primeira metodologia desenvolvida para análise de água, também utilizada para efluentes líquidos, se baseia em medições espectrofotométricas em um único comprimento de onda padrão (450nm ou 465nm), tendo como referência soluções de Pt-Co. Essa metodologia não abrange todas as tonalidades do espectro de cores possíveis para os efluentes têxteis. O segundo método se baseia na medição em três comprimentos de onda (436, 525 e 620nm), denominado índice DFZ. O último método investiga os valores máximos de absorbância, na faixa entre 350 e 700nm, na amostra. Os resultados obtidos mostraram que as correções dos valores de medição de cor utilizando os valores máximos de absorbância expressaram melhor a realidade dos dados experimentais, visto que eliminam um possível erro causado pela restrita faixa de detecção do método tradicional, numa região do espectro típica para tonalidades encontradas na água.

Decomposição foliar e produção secundária como indicadores funcionais em um gradiente de impacto de cobertura do solo ripário em rios tropicais

Atualmente a maior ameaça à integridade de ecossistemas aquáticos reside nas ações antrópicas, que através de alterações na cobertura vegetal ripária, atingem todos os compartimentos dos sistemas lóticos, alterando a estrutura física, química e biológica do rio e os padrões de ligação entre ecossistemas terrestres e aquáticos. A importância dos macroinvertebrados fragmentadores ainda não é bem conhecida nos trópicos. Eles podem contribuir para a decomposição de folhas em córregos, que é um processo fundamental para o fluxo de energia em rios de pequeno porte. Os processos de decomposição e produção secundária de macroinvertebrados aquáticos nos ecossistemas lóticos são intimamente relacionados com o aporte da vegetação terrestre, e podem ser sensíveis às alterações na cobertura vegetal ripária. Os objetivos desse estudo foram avaliar: (a) quais mudanças o desmatamento pode causar nos parâmetros físicos e químicos de rios; (b) os efeitos do desmatamento sobre a estrutura da comunidade de macroinvertebrados bentônicos associados às folhas, (c) nos processos ecossistêmicos, como decomposição foliar e produção secundária, e (d) a associação entre produção secundária de fragmentadores e decomposição foliar. O estudo foi realizado em 27 locais distribuídos em quatro córregos (7-8 locais por rio) de segunda-terceira ordem e que apresentavam um gradiente de desmatamento. Para estimar a taxa de decomposição, cinco pacotes de folha foram imersos em cada um dos pontos. Um pacote de folha foi retirado de cada ponto após 2, 7, 15 e 28 dias de imersão. O quinto pacote de folha foi retirado no 37 dia de imersão para as estimativas de produção secundária, biodiversidade e a diversidade funcional de insetos aquáticos. As concentrações de amônio aumentaram e a riqueza de espécies de insetos aquáticos e de EPTs (Ephemeroptera, Plecoptera e Trichoptera) dos pacotes de folhas diminuíram com o aumento do desmatamento. As taxas de decomposição diminuíram com o aumento do desmatamento. Os dados sugerem que a perda de vegetação ripária pela conversão em agropecuária teve impacto em parâmetros químicos e bióticos, tanto na estrutura da comunidade de macroinvertebrados quanto no funcionamento do ecossistema. Concluímos que a restauração e preservação da mata ripária deve ser um foco central das estratégias de gestão de ecossistemas lóticos para assegurar que os processos ecossistêmicos e a estrutura das comunidades em bacias hidrográficas estejam agindo como provedores dos serviços ambientais esperados.

Caracterização da microbiota envolvida nos processos aeróbios (lodos ativados) e anaeróbios (UASB) de uma indústria de alimentos.

O aumento da concentração de nutrientes nos corpos receptores, principalmente nitrogênio e fósforo oriundos de efluentes sanitários e industriais pode gerar o fenômeno da eutrofização. Para que isto não ocorra é necessário que este efluente passe por um tratamento adequado, no entanto, o papel desempenhado por diversos grupos de microrganismos encontrados nos sistemas de tratamento de efluentes não é completamente compreendido devido à complexidade das interações. Este trabalho teve como objetivo caracterizar a estrutura e dinâmica da comunidade microbiana (bactérias envolvidas no ciclo do nitrogênio e microfauna) e avaliar a atividade biológica dos reatores aeróbio e anaeróbio de uma indústria de alimentos. Os parâmetros físico-químicos da estação de tratamento foram monitorados, bem como foi feita a avaliação da estrutura e dinâmica da comunidade bacteriana envolvida no ciclo do nitrogênio por meio da técnica de Hibridização in situ Fluorescente. A microfauna do reator aeróbio foi caracterizada e classificada conforme o Índice Biótico do Lodo. A atividade biológica do lodo foi avaliada através do Teste de Respirometria e foram feitas correlações entre a microbiota encontrada no reator aeróbio e parâmetros físico-químicos. Os parâmetros físico-químicos analisados estiveram dentro dos limites permitidos pelas legislações federais e estaduais e os parâmetros Demanda Bioquímica de Oxigênio, Demanda Química de Oxigênio e Nitrogênio Kjeldahl foram reduzidos de 99,8%, 99,6% e 74,9%, respectivamente. Foi possível observar a presença tanto de bactérias oxidadoras de nitrito quanto de amônia em ambos os reatores analisados, bem como em cada ponto de coletas dentro dos reatores. A bactéria Pseudomonas fluorescens também ocorreu em todos os pontos de coleta dos dois reatores. Dentre os grupos que compõem a microfauna do lodo ativado, os ciliados rastejantes foram os mais frequentes, seguido pelas tecamebas, rotíferos, ciliados sésseis, ciliados livre natantes, flagelados e outros invertebrados. Além disso, não houve diferença entre as densidades dos grupos encontradas nos Pontos 1 e 2 do reator aeróbio e o Índice Biótico do Lodo encontrado foi igual a 8 (classe I). A semelhança apresentada entre a Taxa de Consumo de Oxigênio dos pontos 1 e 2, bem como a Taxa de Consumo de Oxigênio específica entre os pontos 1 e 2 sugere que o oxigênio é distribuído de forma homogênea dentro do tanque de aeração, fazendo com que os microrganismos tenham condições semelhantes de crescimento. Os ciliados livre natantes apresentaram correlação positiva com a DQO e DBO5 e os ciliados sésseis apresentaram correlação negativa com a DQO e com a DBO5. Os rotíferos apresentaram correlação negativa com Sólidos Suspensos Voláteis do reator aeróbio. Os ciliados rastejantes, tecamebas e rotíferos apresentaram correlação positiva com a microfauna total encontrada no reator aeróbio. Os ciliados livre natantes apresentaram correlação negativa com os ciliados sésseis, bactérias totais, Nitrobacter e outras bactérias; e correlação positiva com outros invertebrados. Os flagelados apresentaram correlação negativa com as bactérias totais, enquanto as outras bactérias apresentaram correlação positiva. Os outros invertebrados apresentaram correlação negativa com Nitrobacter.