An important tool in environmental management projects and studies due to the complexity of environmental systems, environmental modeling makes it possible to integrate many variables and processes, thereby providing a dynamic view of systems. In this study the bacteriological quality of the coastal waters of Fortaleza (a state capital in Northeastern Brazil) was modeled considering multiple contamination sources. Using the software SisBaHiA, the dispersion of thermotolerant coliforms and Escherichia coli from three sources of contamination (local rivers, storm drains and submarine outfall) was analyzed. The models took into account variations in bacterial decay due to solar radiation and other environmental factors. Fecal pollution discharged from rivers and storm drains is transported westward by coastal currents, contaminating strips of beach water to the left of each storm drain or river. Exception to this condition only occurs on beaches protected by the breakwater of the harbor, where counterclockwise vortexes reverse this behavior. The results of the models were consistent with field measurements taken during the dry and the rainy season. Our results show that the submarine outfall plume was over 2 km from the nearest beach. The storm drains and the Maceió stream are the main factors responsible for the poor water quality on the waterfront of Fortaleza. The depollution of these sources would generate considerable social, health and economic gains for the region.

Potential problems arising from the presence of cyanobacteria in water intended for human consumption have been reported by several researchers. Regarding water treatment plants, intact cells of cyanobacteria should be removed to avoid the release of cyanotoxins due to cell lysis. Water treatment techniques with different degrees of complexity can be employed but, whenever possible, the method of easiest installation, operation and maintenance should be selected, especially for non-industrialized countries and rural communities. In this context, research was carried out to evaluate the efficiency of slow sand filtration to treat water from Gavião reservoir in the city of Pacatuba, Ceara, Brazil, which has exhibited phytoplankton density of approximately 105 cells/mL with a prevalence of cyanobacteria representing over 90% of total cells. The results have demonstrated that slow sand filtration can be used to achieve water purification that meets federal standards. However, it was established that filtration through beds of gravel (prefilter) before the slow sand filtration is essential. The removal of phytoplankton reached values of approximately 97% and the filter run duration was more than 70 days. Furthermore, the slow sand filter was very efficient in removing total coliforms, with removal of up to 99.98%.

Regardless of the specific technology adopted, the use of desalination to produce fresh water from seawater results in a discharge of brine effluent containing a high concentration of salts and other desalination by-products that must be dealt with appropriately. Until now, this effluent has most commonly been discharged into the sea through a submarine outfall. Computational tools are used to simulate the behavior of these brine discharges to minimize their impact on the marine environment. Environmental assessments of desalination plants that are made using these tools can include consideration of the rates of effluent production and flow, diffuser configurations, marine conditions (e.g., currents, tides, salinity, temperature), and the proximity of plants to environmentally significant areas. Computational tools can also assist in the design of programs for monitoring the surroundings of brine disposal points. In this study, we developed a new tool for modeling brine discharges from submarine outfalls based on an adaptation of a near-field mathematical model coupled with a Lagrangian model. This new model was specifically designed for application to negatively buoyant effluent discharges. The near-field dilution results that were obtained for various current velocities and different diffuser vertical inclinations using this tool were compared with those obtained using a reference tool (Visual Plumes), considering four different desalination plants. Excellent correlation and a mean absolute percentage error lower than 10% were obtained between the two sets of results along with good reproducibility. Additionally, the existence of an integrated wave propagation model in the simulation software allowed the analysis of changes in the brine plume direction produced by waves formed far from the outfall area. Using the new model, it was possible to evaluate how the diffuser configuration affected the performance of the diffuser line, and the saline plume generated by the combined Lagrangian and near-field model realistically reproduced the behavior of a submarine brine outfall. This combined model is potentially applicable to a range of other situations, including studies that aim to minimize the environmental impact of desalination plants based on considerations of outfall locations and optimization of the diffuser configuration.

RESUMO Os sistemas de drenagem urbana podem representar fontes de aporte de poluentes aos corpos receptores aos quais se destinam. Diante disso, o presente trabalho teve como objetivo propor uma ferramenta para modelagem do sistema de drenagem urbana da bacia da Vertente Marítima de Fortaleza, Ceará, visando à avaliação das cargas bacteriológicas. Para esse fim, foi selecionado o stormwater management model (SWMM) para as simulações hidrológicas e hidráulicas; propôs-se uma metodologia para o cálculo das cargas bacteriológicas por meio da estimativa da carga difusa [CD] (NMP. dia-1.ha-1) e para a correlação desta com uma série de variáveis hidroambientais; e analisaram-se cenários para diferentes condições de precipitação pluviométrica, coleta de esgoto e resíduos sólidos dispostos inadequadamente (RSDI). Os resultados mostraram que o SWMM oferece respostas representativas e que o período chuvoso é responsável pelo maior aporte da carga bacteriológica à orla. Em relação ao modelo preditivo, foi ajustada uma função de potência de segunda ordem correlacionando CD com a precipitação média mensal (mm.dia-1) para as três sub-bacias analisadas. Posteriormente, os coeficientes das equações encontradas foram correlacionados ao indicador RSDI (kg.dia-1), obtendo-se um ajuste logarítmico (R2 = 0,99), com o qual é possível gerar uma equação de estimativa de CD para qualquer sub-bacia da Vertente Marítima. A análise dos cenários mostrou haver aumento significativo da carga em precipitações extremas (2 vezes) e diminuição considerável com a elevação da fração da população interligada à rede de esgoto, bem como diminuição da produção de RSDI (0,28 e 0,38 vezes do valor inicial nos Riachos Jacarecanga e Maceió, respectivamente).

Estudos de campo e simulações computacionais do sistema de macro coleta de esgoto de Fortaleza-CE, integrando-se o SWMM ao QGIS, foram realizados com o intuito de investigar o comportamento hidrológico-hidráulico do Interceptor Leste (IL), sob diversas condições de operação. Os resultados mostraram que somente em um cenário de funcionamento ideal, sem interferência de assoreamento nem infiltração de águas pluviais, o IL seria capaz de suportar as suas vazões de alimentação. Já em um cenário com presença de trechos assoreados, o IL passaria a trabalhar sob condição de conduto forçado na maior parte dos trechos, apresentando pontos críticos de extravasamento. A ocorrência de velocidades inferiores a 1,0 m/s foi apontada como uma possível causa para o assoreamento. No entanto, simulações indicaram que a retirada de barreiras de sedimento seria suficiente para eliminar os extravasamentos. Avaliando-se a interferência de infiltrações de águas pluviais no IL, observou-se que o mesmo teria capacidade para suportar intensidades de chuva inferiores a 10 mm/h, desde que não mais que 5% da área das sub-bacias contribuísse para o interceptor. Essas simulações resultaram em contribuições pluviais parasitárias de até 80 L/(s.km), sendo este valor substancialmente superior ao valor de 6 L/(s.km) recomendado pela ABNT. Investigou-se ainda o impacto combinado da deposição de sedimento com a infiltração de águas pluviais, resultando em um aumento nos extravasamentos em relação aos cenários anteriores. Finalmente, simulações considerando várias possibilidades de retirada de barreiras de sedimento mostraram que essa medida por si só não seria suficiente para eliminar os extravasamentos na região. Palavras-chave: Drenagem urbana. Esgotamento sanitário. Modelagem hidrológica-hidráulica. QGIS. SWMM.

RESUMO Visando a uma alternativa ao abastecimento público de água, a Companhia de Água e Esgoto do Ceará lançou edital para implantação de uma planta de dessalinização. A solução hipersalina, rejeito do processo de dessalinização, será despejada no mar. Pela diferença de densidade entre os fluidos, o escoamento se divide em duas regiões: jato ascendente, com grande quantidade de movimento; e fonte descendente, onde o fluxo é governado pelo empuxo negativo. A presente pesquisa apresenta uma modelagem da dinâmica dos fluidos computacional (computational fluid dynamics) de jatos e fontes, através do software Ansys Fluent, com foco nas condições de projeto apresentadas para a planta de dessalinização de Fortaleza. O modelo foi comparado aos dados disponíveis na literatura e, em seguida, simulado para as características da planta de dessalinização da Companhia de Água e Esgoto do Ceará. Além disso, os resultados foram comparados aos obtidos através de simulações com o software integral Visual Plumes para diferentes ângulos de descarga (30°, 45°, 60° e 90°). Os resultados apresentaram boa concordância com os trabalhos publicados, gerando a equação Zm/D = 1,8 Fr, capaz de predizer a altura alcançada por jatos/fontes (Zm), dados o diâmetro do difusor e o número de Froude. As simulações do tipo computational fluid dynamics foram semelhantes às obtidas com o Visual Plumes.