Qualidade da água em reservatórios prediais : análise e proposição de modelo matemático

Abstract

Longos tempos de detenção hidráulica e baixa taxa de mistura em reservatórios prediais podem levar à redução das concentrações de cloro residual, substância essencial à manutenção da qualidade da água fornecida aos consumidores, e favorecer o recrescimento de microrganismos prejudiciais à saúde. O presente trabalho avaliou a dinâmica do cloro residual livre em reservatórios prediais e propôs dois modelos matemáticos para descrever o seu comportamento. Tecnologias de monitoramento contínuo de cloro livre foram adotadas para levantamento de dados reais e testes de decaimento de cloro livre foram realizados. Os modelos foram desenvolvidos com o auxílio da tecnologia da fluidodinâmica computacional, e permitem a identificação de volumes de zona de influência da entrada e da saída dos reservatórios (modelo de três compartimentos) e de zonas de estagnação (modelo de quatro compartimentos), sendo incorporado em ambos, o decaimento de cloro livre de segunda ordem. Quando comparados aos modelos de mistura ideais (mistura completa e fluxo pistão), os modelos compartimentados forneceram maiores informações acerca dos reservatórios monitorados. O modelo de quatro compartimentos demonstrou o melhor ajuste aos dados observados, confirmando a presença de zonas de estagnação, além dos volumes de influência de entrada e de saída do reservatório. Concluiu-se ainda, que o cloro residual livre sofre decaimento no interior dos reservatórios prediais, quando há elevados tempos de detenção hidráulica, e devem ser avaliados quanto à proteção da qualidade da água desde a etapa de projeto, indo ao encontro dos novos paradigmas voltados à avaliação de riscos no setor de abastecimento da água.

ABSTRACT - Long detention times and poor mixing inside domestic storage tanks can deteriorate water quality by reducing chlorine residuals, which play an important role on protecting water from microrganisms regrowth. This work investigated and propounded mathematical models to describe free chlorine residuals associated to hydraulic parameters in households storage tanks. Continuous monitoring free chlorine probes were investigated, and bottle test was performed to determine the bulk decay and the order of reaction. The mathematical models were developed based on computational fluid dynamics and provide the volume of the inlet and outlet zones of influence from the tank (three compartment model) and also the volume of dead zones inside the tank (four compartment model). Both models included the second order chlorine decay. The compartment models provided more detailed information related to chlorine residual concentrations and detention time, compared to the ideal mixing models (complete mixing and plug-and-flow). The four-compartment model with second order chlorine decay better described the storage tanks monitored, once it considered and determined a stagnant zone volume inside the tanks, beyond the inlet and outlet zones of influence. Chlorine concentrations decayed inside the storage tanks, which presented long detention times. The domestic storage tanks must be evaluated against water quality deterioration since the conception project in order to attend the new paradigm on water security managment.