Resumo
A reaeração superficial é um fenômeno físico responsável por garantir a transferência de oxigênio dissolvido (OD) na interface ar-água de um corpo d’água natural. Esse fenômeno pode ser quantificado pelo coeficiente de reaeração superficial (K2). O K2 é influenciado por diversos fatores, entre eles: temperatura, pressão atmosférica, compostos surfactantes, entre outros. Os compostos surfactantes encontram-se presentes nos recursos hídricos principalmente devido à poluição gerada por águas residuárias. A elevada concentração de surfactantes na água pode originar a formação de agregados moleculares chamados micelas, que por sua vez, alteram as características físico-químicas do meio aquoso. Este trabalho objetivou estudar a influência de um composto surfactante sobre o K2 em um canal hidráulico circular. Para tanto, foram realizados 44 experimentos de reaeração superficial em quatro níveis de turbulência e três diferentes lâminas de água. O surfactante utilizado foi o Lauril Sulfato de Sódio (SDS). Para cada experimento de reaeração 11 diferentes concentrações do surfactante, próximas à concentração micelar crítica (CMC), foram utilizadas. Os resultados obtidos demonstraram que devido à presença de contra-íons na água utilizada ocorreu uma antecipação da CMC, reduzindo-a em aproximadamente 80%. A avaliação da ação do SDS sobre o K2 resultou na atuação de diversos efeitos, sendo eles: o efeito de Marangoni e o filme superficial. Pode-se concluir que os efeitos do SDS sobre o K2 foram dinâmicos, e resultaram em uma variação do K2 de ±20% (α = 0,8 a 1,2). Conclui-se que o K2 é influenciado pela presença da concentração do surfactante na água, entretanto mais pesquisas são necessárias, utilizando outros tipos de surfactantes e estruturas geradoras de turbulência, para compreender individualmente a influência de cada efeito sobre o K2.
Introdução
O oxigênio dissolvido (OD) presente em um corpo d’água é um importante parâmetro químico de qualidade da água, uma vez que, a biota aeróbia aquática requer níveis adequados de OD para sobreviver. A principal fonte responsável por introduzir o OD no meio aquático é a reaeração superficial. Entretanto, a respiração da biota aeróbia é o principal fator que reduz o OD do meio aquático.
A reaeração superficial é um fenômeno físico de transferência de massa de oxigênio na interface ar-água, que ocorre em corpos d’água naturais, e é responsável por garantir a reestabilização da concentração de oxigênio dissolvido (OD) no meio aquático. Este fenômeno é quantificado por um coeficiente, denominado coeficiente de reaeração (K2). O K2 pode ser influenciado por diversos fatores, sendo os principais: umidade atmosférica, temperatura, turbulência da superfície e compostos surfactantes.
O coeficiente K2 é um importante parâmetro em modelos matemáticos aplicados na gestão da qualidade dos recursos hídricos e também em modelos de metabolismo aquático, o que justifica a necessidade de obter uma estimativa confiável deste coeficiente.
Os compostos surfactantes presentes nos recursos hídricos, oriundos principalmente de águas residuárias, são frequentemente empregados na fabricação de fármacos, cosméticos e detergentes. (MORAVEJI et al., 2011). No meio aquoso, os surfactantes possuem duas formas, monômeros (livres) e micelas (agregado de moléculas anfipáticas). Os monômeros possuem regiões hidrofílicas e hidrofóbicas e, em uma concentração específica de surfactante na água, ocorre à formação de micelas, que correspondem a agregados moleculares de dimensões coloidais compostas pelas interações de vários monômeros. Essa concentração é denominada de Concentração Micelar Crítica (CMC), vale ressaltar que um filme superficial geralmente é formado a partir do momento que a CMC é atingida no meio aquoso (RIZZATTI et al., 2009).
Apesar dos avanços em estudos que envolvem a hidrodinâmica da superfície e o fenômeno de reaeração superficial, poucos estudos retratam o efeito de filmes superficiais oriundos de compostos surfactantes sobre o K2. A maioria das pesquisas destaca que a presença de surfactantes pode reduzir o coeficiente K2, devido à formação de um filme superficial que dificulta a transferência do oxigênio atmosférico para o meio líquido (ROSSO et al., 2006; JAMNONGWONG et al., 2010). Enquanto outras pesquisas reportaram que a presença de surfactantes aumenta a variabilidade de K2 em diferentes níveis de turbulência (MACKENNA; MCGILLIS, 2004).
Os modelos matemáticos aplicados à gestão dos recursos hídricos são capazes de predizer, em função das características físicas, hidráulicas do escoamento, e das cargas de águas residuárias lançadas no corpo d’água, os perfis de algumas variáveis de qualidade da água (e.g., OD). Essa predição é importante para o gerenciamento dos recursos hídricos, pois seria possível determinar a eficiência das estações de tratamento de águas residuárias ao lançarem cargas orgânicas em corpos d’água receptores, e estes possuírem concentrações de OD, ao longo de sua extensão, compatíveis com as exigências da legislação ambiental (e.g., Resolução CONAMA nº 357, de 17 de março de 2005).
O objetivo do presente estudo foi avaliar a influência do gradiente de concentração de um surfactante aniônico sobre o coeficiente K2, e verificar o efeito do surfactante sobre algumas propriedades físico-químicas da água, a fim de auxiliar na estimativa e determinação deste coeficiente.
Autores: Murilo de Souza Ferreira; Deusmaque Carneiro Ferreira e Julio Cesar de Souza Inácio Gonçalves.
