Otimização não linear aplicada à operação de sistemas com múltiplos reservatórios para abastecimento de água.

O presente estudo considera a aplicação do modelo SISAGUA de simulação matemática e de otimização para a operação de sistemas de reservatórios integrados em sistemas complexos para o abastecimento de água. O SISAGUA utiliza a programação não linear inteira mista (PNLIM) com os objetivos de evitar ou minimizar racionamentos, equilibrar a distribuição dos armazenamentos em sistemas com múltiplos reservatórios e minimizar os custos de operação. A metodologia de otimização foi aplicada para o sistema produtor de água da Região Metropolitana de São Paulo (RMSP), que enfrenta a crise hídrica diante de um cenário de estiagem em 2013-2015, o pior na série histórica dos últimos 85 anos. Trata-se de uma região com 20,4 milhões de habitantes. O sistema é formado por oito sistemas produtores parcialmente integrados e operados pela Sabesp (Companhia de Saneamento do Estado de São Paulo). A RMSP é uma região com alta densidade demográfica, localizada na Bacia Hidrográfica do Alto Tietê e caracterizada pela baixa disponibilidade hídrica per capita. Foi abordada a possibilidade de considerar a evaporação durante as simulações, e a aplicação de uma regra de racionamento contínua nos reservatórios, que transforma a formulação do problema em programação não linear (PNL). A evaporação se mostrou pouco representativa em relação a vazão de atendimento à demanda, com cerca de 1% da vazão. Se por um lado uma vazão desta magnitude pode contribuir em um cenário crítico, por outro essa ordem de grandeza pode ser comparada às incertezas de medições ou previsões de afluências. O teste de sensibilidade das diferentes taxas de racionamento em função do volume armazenado permite analisar o tempo de resposta de cada sistema. A variação do tempo de recuperação, porém, não se mostrou muito significativo.

Indicadores para avaliação de efeitos de intervenções de saneamento básico: a questão da sustentabilidade

As intervenções de saneamento básico, ou seja, as obras para implantação ou ampliação de sistemas de abastecimento de água e de esgotamento sanitário têm sido relacionadas à redução das taxas de mortalidade infantil ocorrida no estado de São Paulo nas últimas décadas. De fato, a relação entre saneamento básico e saúde pública é antiga, principalmente no que se refere ao controle das doenças de veiculação hídrica. Entretanto, ela se mostra muito fraca, ou até nula, para regiões onde os índices de cobertura por redes de água e esgotos já se encontram em patamares acima da média nacional, como é o caso de grande parte dos municípios do estado de São Paulo. Uma abordagem do saneamento básico, sob o ponto de vista da complexidade de suas relações, considerando aspectos multidimensionais, faz-se necessária como forma de repensar o setor de forma mais ampla, fugindo do senso comum. O objetivo desta pesquisa foi identificar, analisar e descrever indicadores de sustentabilidade que pudessem estabelecer uma nova base para avaliação de efeitos de intervenções de saneamento básico, melhorando a determinação e acompanhamento dos impactos decorrentes, constituindo, então, uma matriz de indicadores específicos para a área, a partir da investigação dos conceitos de sustentabilidade e seus desdobramentos para o setor saneamento básico e o ambiente empresarial. Pesquisas em bases de dados públicas permitiram a identificação e seleção de indicadores multidimensionais para o saneamento, assim como a análise de correlação entre os indicadores selecionados possibilitou identificar possíveis benefícios de curto, médio e longo prazos, oriundos das intervenções de saneamento para os municípios do Vale do Ribeira. Utilizando modelos de organização de indicadores, como o Triple Bottom Line (TBL) e a matriz de indicadores FPSEEA, da Organização Mundial da Saúde (OMS), com algumas adaptações, foi possível agrupar os indicadores de forma a permitir uma visão integrada das dimensões da sustentabilidade e, dessa maneira, determinar que as intervenções de saneamento básico possuem relações sistêmicas com indicadores sociais, ambientais e econômicos, que possibilitem, a partir de sua execução, o estabelecimento de um círculo virtuoso para os municípios

Remoção de atividade estrogênica do hormônio 17β-Estradiol em processos de oxidação de águas para abastecimento

Muitos oxidantes químicos reativos acarretam na ruptura de estruturas moleculares complexas de vários tipos de compostos orgânicos decompondo-as em estruturas mais simples e propiciando condições melhores para uma efetiva ação de micro-organismos na degradação biológica. A presença de hormônios, entre eles o 17β-estradiol, em estações de tratamento de esgoto e em águas subterrâneas e superficiais mostra a necessidade de uma avaliação dos processos de tratamento convencionais. O objetivo deste trabalho foi a análise e remoção de hormônios através de técnicas de cloração e ozonização de amostras reais de águas de saída de filtro de estações de tratamento de água (ETAs), operadas pelo Serviço Autônomo de Água e Esgoto (SAAE) de São Carlos (ETA Centro), que capta águas dos ribeirão Feijão e córrego Espraiado e pela Sociedade de Abastecimento de Água e Saneamento S/A (SANASA) de Campinas (ETAs 3 e 4), que capta águas do rio Atibaia. Foram realizados ensaios contaminando-se as amostras com 17β-estradiol, que é o hormônio natural mais presente no meio ambiente, em concentração de 6.000 ng L-1, submetendo-se tratamento com dosagens em torno de 0,5 e 2,0 mg L-1 desses oxidantes, em tempos de contato de, respectivamente, 10 e 30 min. As amostras submetidas à contaminação e tratamento e as de controle (sem contaminação e tratamento) foram analisadas através da remoção do 17β-estradiol com a verificação da atividade estrogênica das amostras por ensaios de Sistema de Expressão de Estrogênio Induzida por Levedura Bioluminescente (BLYES), que apresentou-se como uma ferramenta simples. Os resultados apresentados neste trabalho demonstram que a oxidação por ozônio se mostrou mais eficiente do que aquela por cloro para a remoção da atividade estrogênica causada, única e exclusivamente, pelo 17β-estradiol para uma dosagem inicial desse hormônio relativamente alta (6.000 ng L-1). Todavia, em todos os ensaios a concentração final da atividade estrogênica permaneceu acima do limite de quantificação desses hormônio, indicando que a remoção não foi completa, mesmo em condições favoráveis, isto é, matriz limpa, com padrões de potabilidade para os parâmetros físico-químicos.

Ocorrência e caracterização de Giardia e Cryptosporidium em águas captadas para abastecimento público no município de Cajamar-SP e avaliação do risco

Introdução: O risco à saúde humana ocasionado pela contaminação biológica de águas captadas para abastecimento público é realçado pela ocorrência de surtos de doenças associadas aos protozoários Giardia e Cryptosporidium, que possuem baixas doses infecciosas e alta capacidade de sobrevivência no ambiente, além de serem capazes de resistir ao processo tradicional de desinfecção da água (cloração). Partindo-se da hipótese de que há um risco elevado de infecção por estes protozoários pela ingestão de água tratada por métodos convencionais e que fazem uso de mananciais superficiais impactados por contaminação biológica, resultando num possível incremento da incidência de diarréias, este estudo se propôs a verificar a ocorrência destes protozoários em águas captadas para abastecimento público no município de Cajamar-SP, caracterizar sua patogenicidade e avaliar o risco associado ao seu consumo através da água tratada. Métodos: Foram coletadas 48 amostras do ribeirão dos Cristais no ponto de captação da estação de tratamento de água, semanalmente, durante 12 meses (de 16/05/2013 a 21/05/2014). A detecção e a análise da concentração dos protozoários foram realizadas de acordo com Método 1623.1 da United States Environmental Protection Agency e a extração e caracterização dos espécies/genótipos de Giardia e Cryptosporidium foi realizada através metodologias moleculares e seqüenciamento. O risco de infecção pela ingestão de cistos de Giardia e oocistos de Cryptosporidium presentes na água tratada foi calculado usando a ferramenta da Avaliação Quantitativa do Risco Microbiológico, a partir dos dados de concentração dos patógenos obtidos pelo Método 1623.1, eficiência de remoção dos (oo)cistos durante o processo convencional de tratamento da água, modelo dose-resposta e taxa de ingestão diária de água para indivíduos menores de 5 anos e maiores de 21 anos. Resultados: Cistos de Giardia foram detectados em 83,3% das amostras (40/48), com concentrações variando desde o limite de detecção (<0,1) até 8,6 cistos/L. Oocistos de Cryptosporidium foram etectados em 37,5% das amostras (18/48), com concentrações variando desde o limite de detecção (<0,1) até 2 oocistos/L. As espécies/genótipos encontrados (Giardia intestinalis A e B e Cryptosporidium parvum e hominis) são característicos de contaminação antrópica e são frequentemente identificados em estudos epidemiológicos como responsáveis por surtos. A estimativa do risco anual de infecção por Giardia foi de 3,3x10-3 (IC95% 4,6x10-3) para crianças e de 11,5x10-3 (IC95% 13,3x10-3) para adultos, enquanto o risco por Cryptosporidium foi de 1,1x10-3 (IC95% 1,7x10-3) para crianças e de 3,9x10-3 (IC95% 5,0x10-3) para adultos. O incremento da incidência de diarréias foi observado no cenário de estudo após um acidente que resultou em transbordamento de esgotos não tratados no manancial, coincidindo com o aumento na detecção de (oo)cistos. Conclusão: Os resultados evidenciaram que a vulnerabilidade do ribeirão dos Cristais a contaminações biológicas pode culminar em um risco elevado de infecção e adoecimento por Giardia e Cryptosporidium através da ingestão de água tratada. Portanto, o caso é preocupante, tanto do ponto de vista do tratamento e abastecimento de água potável, quanto da degradação e contaminação do manancial, evidenciando a necessidade de se estabelecer medidas de intervenção direcionadas a promover a qualidade da água e garantir sua segurança

Avaliação de diversos métodos de detecção de cistos de Giardia spp. e Oocistos de Cryptosporidium parvum presentes no resíduo gerado após o tratamento de água de abastecimento com turbidez elevada

Este trabalho teve como objetivo avaliar diversos métodos de detecção e recuperação de cistos de Giardia spp. e de oocistos de Cryptosporidium parvum em resíduos gerados no tratamento de águas de abastecimento com turbidez elevada tendo como padrão o Método 1623.1 da USEPA (2012 ). Para tanto, ensaios utilizando aparelho Jarteste (coagulação, floculação, decantação e filtração ) foram realizados utilizando o coagulante cloreto de polialumínio - PAC. Em todos os métodos avaliados foi utilizada a técnica de purificação por separação imunomagnética - IMS. A adaptação do método floculação em carbonato de cálcio FCCa elaborado por Vesey et al. (1993) e adaptado por Feng et al. (2011), repercutiu nos melhores resultados para a amostra de resíduo sedimentado, com recuperações de 68 ± 17 % para oocisto de C. parvum e de 42 ± 7 % para cisto de Giardia spp. Entretanto, as recuperações para a amostra de água de lavagem dos filtros - ALF foram inferiores à 1 %, não sendo possível determinar um método adequado. A presença dos patógenos indica que o reuso da ALF em ETA convencionais ou o descarte em mananciais sem um tratamento prévio, pode representar problemas de contaminação. A adaptação dos métodos de Boni de Oliveira (2012) e Keegan et al. (2008), também repercutiram em porcentagens de recuperação expressivas para a amostra de resíduo sedimentado, sendo de: 41 ± 35 % para oocisto de C. parvum e 11 ± 70 % para cisto de Giardia spp., e 38 ± 26 % para oocisto de C. parvum e 26 ± 13 % para cisto de Giardia spp., respectivamente. A análise estatística não resultou em diferença significativa entre estes dois métodos, entretanto, as elevadas recuperações indicam que estes métodos podem ser melhor avaliados em pesquisas futuras.

Produção de energia por mini e micro hidrelétricas na rede de distribuição de água.

A geração de energia hidrelétrica enfrenta uma crescente restrição a sua expansão, diretamente relacionada a fatores ambientais e da limitação de terrenos com potencial economicamente aproveitável. A partir deste fato, é relacionada uma possível fonte de energia hidrelétrica, resultante do aproveitamento dos potenciais presentes na rede de distribuição de água das cidades, ainda sem nenhum aproveitamento. O desenvolvimento desta fonte de energia se dá com a instalação de mini e micro centrais hidrelétricas nos condutos da rede distribuidora de água. Este trabalho tem por objetivo avaliar o potencial de aproveitamento hidrelétrico por mini e micro hidrelétricas por meio de técnicas de modelagem e de otimização, para agilizar e facilitar o procedimento de identificação dos potenciais e a instalação na rede de abastecimento. O trabalho leva em conta as diversas peculiaridades das redes de distribuição de água e dos equipamentos eletro-hidráulicos, discorrendo sobre a possível complementariedade da geração de energia durante os picos de consumo. Discorre também sobre a contribuição para a rede de distribuição elétrica, na logística e nos custos de implantação além de discutir a tipologia das turbinas capazes de aproveitar o potencial energético. É avaliado, com o auxilio de modelos hidráulicos e de otimização, o posicionamento das centrais geradoras na rede e os possíveis benefícios, restrições e impedimentos ao seu uso, desenvolvendo uma metodologia para facilitar a tomada de decisão quanto ao aproveitamento para geração, ou não, em redes diversas. A construção deste procedimento e ferramenta são desenvolvidos a partir do estudo de caso do sistema distribuidor de água do Município de Piquete no estado de São Paulo, Brasil.

Análise de conflitos de usos múltiplos da água auxiliada por simulação computacional: bacia do rio Sapucaí - Mirim/Grande

Na mesma proporção que fontes de água potável são reduzidas, a competição por elas tem aumentado, conseqüência imediata da expansão de áreas urbanas e de novas demandas agro-industriais. Os conflitos gerados por esta competição tendem a comprometer o desenvolvimento sustentável e o progresso de uma forma geral, uma vez que resultam em perda de eficácia para vultuosos investimentos públicos e privados e em prejuízos para os usuários menos estruturados. Considerando os fatos acima, o objeto deste trabalho é o estabelecimento de cenários de alocação das disponibilidades hídricas entre usuários de água da bacia do Sapucaí-Mirim/Grande, visando determinar a convivência harmoniosa das várias finalidades de uso provenientes do mesmo recurso hídrico. Tal meta poderá ser alcançada através da análise dos indicadores de desempenho - confiabilidade, vulnerabilidade e resiliência - do sistema os quais serão obtidos com o auxílio do modelo de simulação IRAS (Interactive River Aquifer Simulation).

Produção de biomassa e eficiência no uso da água para oito variedades de cana-de-açúcar irrigadas por gotejamento em dois ciclos de cultivo

A irrigação quando bem manejada, pode minimizar os riscos econômicos da atividade sucroalcooleira, particularmente em safras com presença de instabilidade climática onde a restrição hídrica, promovida pela diminuição no volume de chuvas, pode reduzir a produtividade dos canaviais. Dentre as ferramentas disponíveis para a gestão eficiente da água na agricultura irrigada, a técnica de irrigação sob déficit pode se tornar uma escolha acertada para a cana-de-açúcar, desde que sejam identificadas as fases fenológicas e épocas de cultivo onde a limitação da oferta de água não implique em reduções antieconômicas no rendimento da cultura. Diante disso, a hipótese que norteia essa pesquisa, é a de que existe uma estratégia de irrigação sob déficit, que associada a uma variedade com características específicas, possibilite a expressão de indicadores de produtividade tão satisfatórios quanto os obtidos em condições de irrigação plena. Nessa linha, os objetivos da pesquisa envolveram o estudo da dinâmica foliar, acúmulo e particionamento de biomassa e ainda, índices de produtividade da água para biomassa, açúcar e etanol de 1ª e 2ª geração de oito variedade de cana-de-açúcar, submetidas a diferentes condições de disponibilidade hídrica no solo em dois ciclos de cultivo (cana-planta e cana-soca). A pesquisa foi realizada na Escola Superior de Agricultura \"Luiz de Queiroz\", em Piracicaba/SP, onde foram estudados os dois primeiros ciclos de cultivo da cana-de-açúcar, sendo estes abordados nesta tese como Experimento 1 (cana-planta) e Experimento 2 (cana-soca). O delineamento experimental adotado para ambos os ciclos foi o de blocos casualizados, com três blocos completos. Os tratamentos foram compostos por três fatores em esquema de parcelas sub-subdivididas. Estas parcelas foram formadas por duas plantas (touceiras) alocadas em um vaso com aproximadamente 330 litros de solo. No Experimento 1, foram estudados três fatores, sendo o primeiro e segundo com quatro níveis e o terceiro com oito (4x4x8), totalizando assim 128 tratamentos, sendo eles: quatro níveis de irrigação ao longo do ciclo (125, 100, 75 e 50% da ETc); oito variedades comerciais de cana-de-açúcar e quatro procedimentos de maturação, impostos por meio de variações na intensidade do déficit hídrico aplicado. Para o Experimento 2, substitui-se o fator Maturação por Épocas de Corte, o qual consistiu em colheitas de um quarto do experimento a cada 90 dias. Os resultados encontrados apontaram que a área foliar responde positivamente a maior disponibilidade hídrica no solo, tendo sido verificado uma relação proporcional entre estes. Quanto ao acúmulo de biomassa, verificou-se que para as oito variedades estudadas houve incremento de biomassa a medida em que se aumentou o volume de água disponibilizado às variedades. No tocante ao particionamento, as folhas foram os drenos principais de fotoassimilados da planta até os 100 dias de cultivo, sendo que após este período, os colmos ocuparam o lugar de dreno preferencial. Os indicadores de produtividade da água apresentaram diferenças significativas para o fator lâmina, o que indica a existência de cultivares de cana-de-açúcar mais eficientes no uso da água. Por fim, observou-se que a produtividade da água para etanol total apresentou valores expressivos, com média para essa variável igual a 1,81 L m-3, o que denota o potencial de rendimento de etanol (1G + 2G) a partir da cana-de-açúcar quando é adotado o aproveitamento integral das plantas.