Modelagem matemática da emissão e dispersão atmosférica de compostos odorantes emitidos de lagoas de estabilização em estação de tratamento de esgoto

Abstract

RESUMO: Os compostos odorantes emitidos em Estações de Tratamento de Esgoto (ETE) impactam a saúde da população que reside próxima a estas fontes. Neste estudo, buscou-se estimar a emissão de sulfeto de hidrogênio e amônia em uma ETE (do tipo lagoas de estabilização) de Vitória, Espírito Santo, modelar matematicamente a emissão e a dispersão destes poluentes e discutir os resultados obtidos com os modelos utilizados e, quando possível, discutir os graus de informação que cada modelo possa oferecer. Para a estimativa de emissão, foi utilizado o modelo Water9 para fontes de área, sendo calculadas as emissões de três lagoas de diferentes processos biológicos para todos os meses do ano de 2017 (para posterior comparação com eventos de reclamação de uma Rede de Percepção de Odor). Quanto à modelagem da dispersão, foi utilizado o modelo gaussiano, através do programa AERMOD e a Dinâmica dos Fluidos Computacional (CFD), através do pacote comercial Ansys Fluent. O mês de abril do ano simulado apresentou a maior taxa de emissão dos compostos investigados devido às características do esgoto afluente/efluente e condições meteorológicas. O AERMOD apresentou as máximas concentrações horárias de todos os meses modelados no período entre 19 horas e 7 horas da manhã e as áreas do bairro atingidas prioritariamente pela pluma condizem com os maiores eventos de reclamação. O mês de março teve a maior pluma de dispersão ao considerar a existência da mesma condicional ao limite de percepção do composto odorante. Quanto à modelagem CFD, a direção oeste apresentou maior impacto na região do bairro vizinho à ETE e as concentrações de H2S na região das edificações se apresentou bastante superior aos valores preditos na modelagem gaussiana. Os resultados do CFD mostram maior detalhamento que os AERMOD em termos de detalhamento do escoamento e distribuição de concentração na ruas e prédios do bairro, permitindo uma análise mais apurada, em relação à direção e velocidade dos ventos, bem como a influência dos prédios no domínio. Conclui-se que as duas ferramentas de modelagem da dispersão são interessantes para diferentes propósitos e, se viável, a melhor forma de se estudar um impacto de implementação e operação deste tipo de empreendimento é alinhar ambas as metodologias.

ABSTRACT: Odorous compounds emitted in wastewater treatment plant (WWTP) impact the health of the people who live close it. In this study, it was estimated the emission of hydrogen sulfide and ammonia in a WWTP in Vitória, Espírito Santo; modeling the dispersion of these pollutants; and to discuss the results of the mathematical models when it was possible. To estimate the emission, the WATER9 model was used for area sources, with the emissions of the three pounds being calculated separately throughout the year 2017. As for the dispersion modeling, the Gaussian model was used, through the AERMOD program and the dynamics computational fluids (CFD), through Ansys Fluent. The month of April had the highest issuance, and this happened because of the characteristics of the affluent and effluent sewage and meteorological conditions. AERMOD showed the maximum hourly concentrations in the period between 7 pm and 7 am and the neighborhood areas committed by the plume were the same of the complaining local. March had the greatest plume of dispersion, according to the threshold . For CFD modeling, the west direction was shown to have the greatest impact about the neighborhood next to WWTP and the concentrations of H2S were higher than the values of the gaussian model. The results of the CFD show greater details than the AERMOD, allowing a more accurate analysis, in relation to the direction and speed of the winds, as well as the influence of the buildings in the domain. It is concluded that the two dispersion modeling tools are interesting for different purposes and if feasible, the best way to study an implementation and operation impact of this type of enterprise is to align both methodologies.