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Tipo: Dissertação
Título: Análise de incertezas e de sensibilidade e avaliação quantitativa de risco microbiológico aplicadas ao dimensionamento de lagoas de polimento e à utilização de efluentes para irrigação
Título(s) alternativo(s): Uncertainty and sensitivity analyses and quantitative microbial risk analysis apllied to polishing ponds design and to wastewater use for irrigation
Autor(es): Pavione, Damares Mirian de Souza
Primeiro Orientador: Bastos, Rafael Kopschitz Xavier
Primeiro coorientador: Bevilacqua, Paula Dias
Segundo coorientador: Cecon, Paulo Roberto
Primeiro avaliador: Rezende, Ana Augusta Passos
Segundo avaliador: Ribeiro Junior, José Ivo
Terceiro avaliador: Oliveira, Sílvia Maria Alves Corrêa
Abstract: Este trabalho apresenta a caracterização e análise de um banco de dados relativo à cerca de sete anos de monitoramento de um sistema de tratamento de esgotos sanitários constituído por reator UASB, biofiltro submerso aerado (escala real) e lagoas de polimento (escala piloto). Foram analisadas as seguintes variáveis: DBO, DQO, SST, N-NH3, fósforo total, pH, E. coli, coliformes totais e ovos de helmintos. As hipóteses de aleatoriedade, estacionariedade e homogeneidade dos dados foram, em geral, confirmadas, mas a de independência não. A maioria das séries de dados apresentou características de assimetria e curtose distintas da distribuição normal. Os resultados sugerem que a função lognormal melhor descreveu a distribuição dos dados de E. coli, coliformes totais, pH, SST, DBO, DQO e N-NH3. Os dados de fósforo apresentaram melhor adesão ao modelo normal de distribuição. Quanto aos ovos de helmintos, não foi possível identificar uma distribuição que mais nitidamente se ajustasse ao banco de dados disponível. A distribuição lognormal foi aplicada às variáveis de entrada pH, N-NH3 e E. coli em modelagem estocástica (amostragem aleatória por hipercubos latinos com 10.000 iterações) para a previsão da qualidade de efluentes de lagoas de polimento. Constatou-se que uma série de três lagoas parece ser suficiente para o alcance de 20 mg N-NH3 L-1 como padrão de lançamento de efluentes, e para atender as recomendações da OMS em termos de concentração de E. coli para a irrigação de hortaliças folhosas, raízes e tubérculos. O uso da distribuição lognormal para as concentrações afluentes de E. coli, N-NH3 e valores de pH resultaram em concentrações efluentes de E. coli e N-NH3 significativamente diferentes em relação ao uso da distribuição uniforme. Testes de análise de sensibilidade indicaram que as variáveis de maior impacto na previsão da concentração efluente de E. coli foram a concentração afluente de E. coli e o coeficiente de decaimento bacteriano. Na previsão da concentração efluente de N-NH3, as variáveis de maior impacto foram a concentração afluente de N-NH3 e os valores de pH. Os resultados indicam, portanto, a necessidade de escolha criteriosa de valores de pH e de coeficiente de decaimento bacteriano para o dimensionamento de lagoas de polimento. Por fim, para efeito de estimativa de riscos de infecção decorrentes da irrigação de hortaliças ingeridas cruas, os dados de qualidade bacteriológica dos efluentes das lagoas foram utilizados em modelos de avaliação quantitativa de risco microbiológico. Por meio de modelagem estocástica (amostragem aleatória por hipercubos latinos com 10.000 iterações), assumindo distribuição lognormal para a concentração de E. coli e nível de risco tolerável de 10-3 pppa, padrões de 103 e 104 E. coli/100 mL pareceram adequados para a irrigação de hortaliças que se desenvolvem, respectivamente, rentes ao e distantes do solo. O uso da distribuição lognormal resultou em estimativas de risco significativamente menores que o uso da distribuição uniforme. Análise de sensibilidade apontou a relação patógenos/E. coli e a redução de patógenos entre a colheita e o consumo como as variáveis de maior impacto na estimativa de risco, indicando a necessidade de dados confiáveis desses parâmetros.
This work presents the characterization and analysis of a database from an approximately seven-year period monitoring of a domestic wastewater treatment system composed of a UASB reactor, a submerged aerated biofilter (field scale) and a polishing pond series (pilot scale). The following variables were analyzed: BOD, COD, TSS, N-NH3, total phosphorus, pH, E. coli, total coliforms and helminth eggs. The hypothesis of data randomness, stationarity and homogeneity were, in general, confirmed, but data independency was not. Most data presented skewness and kurtosis different from those of the normal distribution. The results suggest that the lognormal function well represented the data distribution of BOD, COD, TSS, N-NH3, pH, E. coli, and total coliforms. Total phosphorus was better characterized by normal distribution, but the helminth eggs data could not be successfully adjusted to a distribution model. The lognormal distribution was applied to pH, pH, N-NH3 and E. coli data as input variables in stochastic modeling (Latin hypercube sampling at 10,000 iterations) for the prediction of pond effluent quality. It is suggested that a three-pond series is sufficient to achieve an effluent discharge standard of 20 mg N-NH3 L-1, as well as the WHO guidelines, in terms of E.coli/100 mL, for the irrigation of leaf and root crops. The use of the lognormal distribution for the pond influent values of E. coli, N-NH3 and pH resulted in effluent concentrations significantly different from those when using the uniform distribution. Sensitivity analysis indicated that E.coli concentration and the bacterial decay coefficient were the input variables which had the greatest effect on the output estimates of E.coli concentrations. The estimates of N-NH3 in pond effluents were influenced mostly by the N-NH3 influent and the pH values. These results point out that pH values and the bacterial decay coefficient should be carefully chosen for an adequate pond design. Finally, in order to estimate infection risks arising from the consumption of wastewater-irrigated salad crops, the pond s bacterial effluent quality database was used in quantitative microbial risk analysis models. Using stochastic modeling (Latin hypercube sampling at 10,000 iterations), assuming the E.coli data according to a lognormal distribution, and a tolerable risk level of 10-3 pppy, effluent quality standards of 103 and 104 E. coli/100 mL were shown to be adequate for the irrigation of, respectively, high- and low-growing crops. The use of the lognormal distribution, instead of a uniform distribution, resulted in risk estimates significantly lower. Sensitivity analysis indicated that the pathogens: E.coli ratio and pathogen reduction between crops harvesting and consumption were the input variables which had the greatest effect on risk estimates, pointing out the need for reliable information on these variables.
Palavras-chave: Avaliação de risco
Lagoas de estabilização
Tratamento
Analysis risk
Stabilization ponds
Treatment
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA SANITARIA::TRATAMENTO DE AGUAS DE ABASTECIMENTO E RESIDUARIAS
Idioma: por
País: BR
Editor: Universidade Federal de Viçosa
Sigla da Instituição: UFV
Departamento: Geotecnia; Saneamento ambiental
Programa: Mestrado em Engenharia Civil
Citação: PAVIONE, Damares Mirian de Souza. Uncertainty and sensitivity analyses and quantitative microbial risk analysis apllied to polishing ponds design and to wastewater use for irrigation. 2010. 185 f. Dissertação (Mestrado em Geotecnia; Saneamento ambiental) - Universidade Federal de Viçosa, Viçosa, 2010.
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: http://locus.ufv.br/handle/123456789/3728
Data do documento: 22-Mar-2010
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