Abstract The main perspective of the present work is the mathematical simulation of dissolved oxygen and biochemical oxygen demand transformations in the Pardo River (Espírito Santo, Brazil), considering the incorporation of uncertainty analysis by the Monte Carlo method. For the Monte Carlo method application, hydrodynamic variables, Pardo River initial quality conditions, and effluents and water quality model kinetic constants were randomly generated with the aid of Normal and Uniform probability distributions. The use of each probability distribution involved performing 1,000 (one thousand) simulations of the dissolved oxygen and biochemical oxygen demand profiles. The simulation results indicated that, for the studied watercourse, the minimum dissolved oxygen concentrations varied predominantly between 6.0 and 6.5 mg.L-1 and, in none of the simulations, did they present lower values to the environmental quality standard. biochemical oxygen demand concentrations, in turn, remained above the maximum environmental quality standard in the Pardo River largest intermediate portion, with maximum values between 16.0 and 17.7 mg.L-1. The use of different probability distributions for the random generation of hydrodynamic variables, kinetic constants, and water quality concentrations parameters did not produce variations considered relevant when analyzing the frequency of critical concentrations of simulated water quality parameters.

Resumo A principal perspectiva do presente trabalho é a simulação matemática de transformações de oxigênio dissolvido e demanda bioquímica de oxigênio no rio Pardo (Espírito Santo, Brasil), considerando a incorporação de análise de incerteza pelo Método de Monte Carlo. Para a aplicação do Método de Monte Carlo, as variáveis hidrodinâmicas, condições iniciais de qualidade do rio Pardo e efluentes e constantes cinéticas do modelo de qualidade de água foram gerados aleatoriamente com auxílio das distribuições de probabilidade Normal e Uniforme. O emprego de cada distribuição de probabilidade envolveu a realização de mil simulações dos perfis de oxigênio dissolvido e demanda bioquímica de oxigênio. Os resultados das simulações indicaram que, para o curso d’água estudado, as concentrações mínimas de oxigênio dissolvido variaram predominantemente entre 6,0 e 6,5 mg∙L-1 e, em nenhuma das simulações, apresentaram valores inferiores ao padrão de qualidade ambiental. As concentrações de demanda bioquímica de oxigênio, por sua vez, permaneceram acima do padrão de qualidade ambiental na maior porção intermediária do rio Pardo, com valores máximos entre 16,0 e 17,75 mg∙L-1. No entanto o emprego de diferentes distribuições de probabilidade para a geração aleatória de variáveis hidrodinâmicas, constantes cinéticas e concentrações dos parâmetros de qualidade de água não produziu variações consideradas relevantes quando da análise de frequência das concentrações críticas dos parâmetros de qualidade de água simulados.

RESUMO O presente estudo tem como principal perspectiva o emprego da análise multicritério para a seleção de sistemas de tratamento de esgotos para a bacia hidrográfica do rio Pardo, curso d’água localizado na região sul do Estado do Espírito Santo, considerando o emprego de duas diferentes estruturas de preferências. As eficiências mínimas de remoção de demanda bioquímica de oxigênio foram utilizadas como critério de pré-seleção. A hierarquização dos sistemas de tratamento envolveu conjunto de critérios ambientais, tecnológicos, operacionais e sociais. Para a condução da análise multicritério foi empregado o método Elimination et Choix Traduisant la Realité (ELECTRE) II. Os resultados mostraram que a imposição de padrões para efluentes levou à seleção de variações do processo de lodos ativados, principalmente para os núcleos populacionais mais densos. A incorporação da capacidade da autodepuração dos cursos d’água reduziu o esforço de tratamento no âmbito da bacia, conduzindo, para diferentes núcleos urbanos, à seleção de variações dos sistemas de lagoas de estabilização ou de reatores Upflow Anaerobic Sludge Blanket. As estruturas de preferência analisadas, no entanto, conduziram à seleção de diferentes sistemas de tratamento para os diferentes núcleos urbanos e condições de lançamentos, com variações mais pronunciadas para os locais com menores populações.

ABSTRACT The main perspective of this work is the selection of sewage treatment systems for the Pardo river hydrographic basin, a watercourse located in the southern region of the state of Espírito Santo, Brazil, by using a Multicriteria Analysis, considering two different preference structures. Minimum Biochemical Oxygen Demand removal efficiencies were used as pre-selection criteria. The treatment systems hierarchy involved a set of environmental, technological, operational and social criteria. To conduct the Multicriteria Analysis, the ELECTRE II method was used. The results indicated that the imposition of standards for effluents led to the selection of activated sludge treatment systems variations, mainly for denser population centers. The incorporation of the watercourses self-purification capacities reduced the treatment effort within the basin, leading, for different urban centers, to the selection of stabilization ponds or Upflow Anaerobic Sludge Blanket reactors treatment systems variations. The preference structures analyzed, however, led to the selection of different treatment systems for different urban centers and sewage discharge conditions, with more pronounced variations for localities presenting smaller populations.

RESUMO Este trabalho discute a aplicação das curvas de permanência de qualidade como ferramenta para subsidiar decisões sobre o enquadramento de cursos d'água superficiais. A bacia hidrográfica do Rio Benevente (Espírito Santo, Brasil) constituiu a área de estudo. As cargas totais de DBO5,20 foram estimadas para diferentes seções de controle, considerando-se o esgotamento sanitário como a única fonte poluidora. Com o auxílio do modelo QUAL-UFMG, foram avaliadas as perspectivas de enquadramento associadas a diferentes cenários de simulação da autodepuração. As curvas de permanência de qualidade para o parâmetro DBO5,20 foram construídas para rios de água doce classes 1, 2 e 3. A capacidade de autodepuração do Rio Benevente permitiu a redução de 17% da carga total de DBO5,20 aportada. Independentemente do cenário de simulação avaliado, o Rio Benevente apresentou condições de qualidade usualmente mais próximas dos padrões estabelecidos para a classe 1 de enquadramento. Nesse sentido, ainda que não ocorra ampliação da cobertura do serviço de tratamento de esgotos, as curvas de permanência de qualidade para o parâmetro DBO5,20 apontaram condições para enquadramento mais restritivo dos cursos d'água da bacia hidrográfica do Rio Benevente do que aquele acordado no enquadramento legal.

ABSTRACT This study discussed the application of quality frequency curves as a tool to subsidize decisions on the classification of superficial water courses. The watershed of the Benevente River (Espírito Santo, Brazil) was the area of study. The total loads of BOD5.20 were estimated for different control sections, considering the sanitary sewage as the only pollutant source. With the aid of the QUAL-UFMG model, the perspectives of establishment water quality classes associated with different scenarios of self-purification simulation were evaluated. The quality frequency curves for the BOD5.20 parameter was constructed for freshwater rivers Classes 1, 2, and 3. The self-purification capacity of the Benevente River allowed a reduction of approximately 17% of the total load of BOD5.20. Regardless of the simulation scenario evaluated, the Benevente River presented quality conditions usually closest to the standards established for Class 1. In this sense, although there is no expansion of the coverage of the sewage treatment service, the quality frequency curves for the parameter BOD5.20 pointed out conditions for more restrictive water quality classes of the watercourses of the basin watershed of the Benevente River than that agreed in the legal classification of surface water rivers.

RESUMO O presente trabalho teve como objetivo geral estudar o emprego de curvas de probabilidade da qualidade da água como subsídio para o enquadramento legal dos corpos d'água. Para a avaliação da utilização das referidas curvas foram reunidas informações sobre qualidade da água do Rio Jucu, principal manancial de abastecimento da Região Metropolitana da Grande Vitória, Espírito Santo. A partir da função de distribuição acumulada, foram construídas curvas de probabilidade de ocorrência para diferentes parâmetros físicos, químicos e bacteriológicos de qualidade de água, e avaliadas frequências de incompatibilidade com padrões estabelecidos pela Resolução CONAMA nº 357/2005 para diferentes classes de uso. A avaliação de incompatibilidade considerou duas perspectivas: (1) enquadramento único para o curso d'água, perspectiva na qual as curvas de probabilidade foram construídas com a reunião de todos os registros de qualidade dos diferentes pontos de monitoramento; e (2) enquadramento diferenciado ao longo do curso d'água. Avaliou-se, adicionalmente, a influência da sazonalidade do regime hidrológico sobre as respostas oferecidas pelas curvas de probabilidade. Os resultados indicaram que os parâmetros fósforo total e coliformes termotolerantes apresentaram elevados percentuais de incompatibilidade, independentemente da classe de uso, da perspectiva de enquadramento (único ou diferenciado ao longo do rio) e do período do ano hidrológico (seco ou úmido). A avaliação sazonal demonstrou que apenas o parâmetro de turbidez, quando considerada a perspectiva de enquadramento na classe 1, apresentou diferença entre as frequências de incompatibilidade observadas para os períodos seco e úmido do ano hidrológico.

ABSTRACT The present work aims to study the use of water quality probability curves for technical support of legal watercourse reaches water uses class definition. For the evaluation of the use of such curves, we used data from the Jucu River water quality. This is the main water source of the metropolitan region of Vitória, Espírito Santo, Brazil. From the accumulated distribution function, different physical, chemical and bacteriological water quality parameters probability curves were fitted to the monitoring data in order to evaluate frequencies of incompatibility with established legal standards corresponding to different Brazilian National Council CONAMA 357/2005 Resolution watercourse use classes. The incompatibility evaluation considered two different conditions: (1) unique, by aggregating all water quality parameters values for all different monitoring points; and (2) different water use classes along the Jucu River. Additionally, the influence of the hydrological regime seasonality on the probability curves was evaluated. The results indicated that total phosphorus and coliforms parameters presented high incompatibility frequencies, regardless of water use class (unique or different along the river) and season (dry or wet). The seasonal assessment showed that only the turbidity parameter presented significant differences among incompatibility frequencies, considering wet and dry periods of the hydrological year, and only for the CONAMA Resolution water use class 1.

O reservatório da Pequena Central Hidrelétrica de Rio Bonito, localizado na bacia do Rio Santa Maria da Vitória, no Estado do Espírito Santo, Brasil, é um dos principais mananciais de abastecimento da região metropolitana da Grande Vitória e recebe aporte de nutrientes provenientes de esgotos domésticos, cultivos agrícolas e granjas. O presente estudo tem como objetivo analisar as condições do referido corpo de água, quanto a aspectos relacionados com a eutrofização, para o ano hidrológico outubro de 2008 a setembro de 2009, a partir de resultados de monitoramento bimestral de qualidade de água realizado em pontos situados no seu interior, a montante e a jusante. Além disto, procurou-se verificar a influência de precipitações pluviométricas e sazonalidade sobre a classificação relativa a estados tróficos. Foi realizada classificação das águas do reservatório, quanto ao estado trófico, de acordo com diferentes modelos matemáticos e Índices de Estado Trófico (IET), incluindo modelos de Salas e Martino e da OECD, além de IETs de Carlson e de Lamparelli. Concluiu-se que diferentes modelos podem resultar em diferentes classes de níveis de trofia e que precipitações pluviométricas e sazonalidade apresentam grande influência na classificação. Dessa forma, é de grande importância a escolha de modelos e índices adequados às condições do clima e dos corpos hídricos de interesse. Além disso, foi verificado que o ponto situado a jusante do reservatório apresentou melhores condições qualitativas do que o situado à montante. Isso indica que o reservatório pode estar funcionando, indevidamente, como uma lagoa de estabilização.

The Rio Bonito Hydropower Plant reservoir is located in the Santa Maria da Vitória River watershed, state of Espírito Santo, Brazil, a major water supply source for the Great Vitória metropolitan region. This river receives significant nutrient input from domestic sewage, agricultural crops, farms and piggeries. The study presents as main objective the analysis of the conditions of the cited water body, considering eutrophication aspects, for the hydrological year from October 2008 to September 2009, based on the results from bimonthly water quality monitoring developed within, upstream and downstream the reservoir. It was verified the influence of rainfall and seasonality on different water bodies trophic states classification methods. Trophic state classification was made according to Trophic State Index (TSI) and different mathematical models, including Salas and Martino, OECD, and Carlson and Lamparelli models. It was concluded that different classification models may result in different trophic level classes and that rainfall and seasonal conditions present large influence on the classification. Thus, it is very important the choice of models and indices according to the region weather and water bodies conditions. It was also concluded that water from the river monitored point located downstream the reservoir presented better quality than that from point located upstream, indicating that the reservoir may be working, improperly, as a stabilization pond.

Este trabalho discute os padrões estabelecidos pelas resoluções Conama 357/2005 e 397/2008 para os compostos de amônia em efluentes e corpos d'água. Os padrões estabelecidos pelas referidas resoluções são confrontados com os estabelecidos pela revogada Resolução Conama 20/1986 e com os padrões norte-americanos. As discussões permitem concluir que a Resolução Conama 357/2005 apresenta avanços em relação aos padrões anteriormente estabelecidos, incorporando a influência do pH sobre distribuição e toxicidade dos compostos amoniacais e alterando a concentração máxima aceitável para a amônia total nos efluentes. A Resolução Conama 397/2008 permite a eliminação do limite para efluentes sanitários. No entanto, as referidas resoluções não consideram a influência da temperatura sobre o comportamento dos compostos de amônia.

This paper discusses the Brazilian National Council legislation (Resolutions 357/2005 and 397/2008) standards for ammonia composts in water and effluents. Standards indicated by resolutions are compared to those from previous Conama Resolution 20/1986 and with North American standards. It is concluded that the new ammonia limit concentrations, from Resolution 357/2005 for water bodies and industrial effluents and the elimination of effluent concentration limits for sanitary effluents, by Resolution 397/2008, represent an advance over previous Brazilian standards by considering the pH influence on the distribution and toxicity of ammonia composts, increasing the maximum total ammonia concentration for industrial effluents and eliminating maximum total concentration limits for sanitary effluents. However, the Resolution 357/2005 does not take into account temperature influence on these distribution and toxicity.

Heavy-metal concentration in sediment is an important parameter for identifying pollution sources and assessing pollution levels in aquatic ecosystems. In this context, the present study aimed at determining concentrations of heavy metals in sediments from the Vitória estuarine system, Brazil. Twenty nine stations were surveyed to assess the spatial distribution of heavy metals. The metals for silt-clay fractions (<63 µm) were analyzed through atomic absorption spectrometry. A discriminant analysis segregated the stations in four groups representing four areas within the estuarine system. The Espírito Santo Bay showed the lowest metal concentrations, while the Vitória harbor canal showed the highest. We concluded that concentrations of heavy metals reflect natural conditions and the contribution of human activities from sewage and industrial effluents. It was not possible to directly associate metal concentrations to specific pollution sources.