Aula 6 lagoas de estabilização e lagoas facultativas

TRATAMENTO DE ÁGUAS

RESIDUÁRIAS

Aula 6 – Lagoas de Estabilização – Lagoas Facultativas

Introdução

Há diversas variantes dos sistemas de lagoas de

estabilização, com diferentes níveis de simplicidade

operacional e requisitos de área.

Lagoas facultativas;

Sistema de lagoas anaeróbias seguidas por lagoas

facultativas;

Lagoas aeradas facultativas;

Sistema de lagoas aeradas de mistura completa

seguidas por lagoas de decantação.

Introdução

De maneira geral, as lagoas de estabilização são bastante indicadas para regiões de clima quente e países em desenvolvimento, devido aos seguintes aspectos:

Suficiente disponibilidade de área em um grande número de localidades;

Clima favorável (temperatura e insolação elevadas);

Operações simples;

Necessário de poucos ou nenhum equipamento.

Processos de tratamento de águas

residuárias

Indicação Tipo de processo

Sistema de

controle

de poluição

observação

Efluentes que

contém matéria

orgânica

Processos

biológicos

Lodo ativado,

filtro

biológico, lagoas

aeradas, lagoa

de

Estabilização

Resíduo

biodegradável

DQO < ou = 3,0

DBO

Efluentes

Domésticos

Processos

Biológicos

Lagoas de

estabilização

aeróbias ou

facultativas.

Processos de tratamento de águas

residuárias

Poluente Nível de

tratamento

Operação, processo ou sistema

de tratamento

Matéria

orgânica

Biodegradável

Secundário

Primário (remoção

parcial)

Lagoas de estabilizações e variações,

lodos ativados e variações, filtro

biológico e variações, tratamento

anaeróbico, disposição no solo.

Patogênicos Terciário (principal)

Secundário

Lagoas de maturação, disposição no

solo, desinfecção com produtos

químicos, desinfeção com radiação

ultravioleta.

Sistema de lagoas de Estabilização –

Lagoa Facultativa

Grade

Fase

Sólida

Fase

Sólida

Cx de

areia

Medição

de vazão Lagoa Facultativa

O uso de lagoa facultativa é uma solução simples e de baixo custo, isto

quando se dispõe de área com topografia adequada e custo acessível. Esta

técnica exige o uso de tratamento preliminar, provido de grade e

desarenador. Esta é uma alternativa simples para a construção, e que exige

operação mínima, sem qualquer necessidade de se contratar operador

especializado.

Sistema de Lagoas de Estabilização –

Lagoa Anaeróbia – Lagoa Facultativa

Grade

Fase

Sólida Fase

Sólida

Cx de

areia

Medição

de vazão Lagoa Anaeróbia Lagoa Facultativa

Sistema Australiano

É uma das melhores soluções técnicas, mas esbarra no problema de necessitar de uma

grande área para sua implantação. Na lagoa anaeróbia ocorre à retenção e a

digestão anaeróbia do material sedimentável e na facultativa ocorre

predominantemente a degradação dos contaminantes solúveis e contidos em partículas

suspensas muito pequenas. O lodo retido e digerido na primeira lagoa tem de ser

removido em intervalos que geralmente variam de 2 a 5 anos. Na primeira, predomina

o processo anaeróbio e na segunda o aeróbio, onde se atribui às algas, a função da

produção do oxigênio a ser consumido pelas bactérias.

Sistema de Lagoas de Estabilização –

Lagoa Aerada Facultativa

Grade

Fase

Sólida Fase

Sólida

Cx de

areia

Medição

de vazão Lagoa Aerada Facultativa

Esta diminui a necessidade de grande área, mas em conseqüência da

utilização de aeradores, aumenta o seu custo de operação. Quando o sistema

incluir um decantador primário, a lagoa aerada pode ter o tempo de

detenção (ou retenção) menor, porém, quando somente se usa grade e caixa

de areia, normalmente é empregado um tempo de detenção maior.

Sistema de Lagoas de Estabilização – Lagoa Aerada

de Mistura Completa – Lagoa de Decantação

Grade

Fase

Sólida

Fase

Sólida

Cx de

areia

Medição

de vazão

Lagoa Aerada de

Mistura Completa

Lagoa de Decantação

O tempo de detenção típico da lagoa aerada é da ordem de

2 a 4 dias. A operação deste tipo de lagoa são mais

complicados devido ao fato de se ter um menor período de

armazenagem na lagoa, comparado com os outros sistemas.

Sistema de Lagoas de Estabilização – Lagoa Anaeróbia –

Lagoa de Facultativa – Lagoa de Maturação

Grade

Fase

Sólida

Fase

Sólida

Cx de

areia

Medição

de vazão

Lagoa

Anaerobia Lagoas de Polimento

(maturação) em série

Lagoa

Facultativa

A função desta lagoa é a remoção de patogênicos. Esta é uma

alternativa mais barata à outros métodos como por exemplo a

desinfecção por cloração.

LAGOAS FACULTATIVAS

O processo de tratamento por lagoas facultativas é

muito simples e constitui-se unicamente por

processos naturais. Estes podem ocorrer em três

zonas da lagoa: zona anaeróbia, zona aeróbia e

zona facultativa.

Grade

Fase

Sólida

Fase

Sólida

Cx de

areia

Medição

de vazão Lagoa Facultativa

Descrição do processo

O efluente entra por uma extremidade da lagoa e

sai pela outra. Durante este caminho, que pode

demorar vários dias, o esgoto sofre os processos

que irão resultar em sua purificação. Após a

entrada do efluente na lagoa, a matéria orgânica

em suspensão (DBO particulada) começa a

sedimentar formando o lodo de fundo. Este sofre

tratamento anaeróbio na zona anaeróbia da

lagoa.


Já a matéria orgânica dissolvida (DBO solúvel) e a em suspensão de pequenas dimensões (DBO finamente particulada) permanecem dispersas na massa líquida. Estas sofrerão tratamento aeróbio nas zonas mais superficiais da lagoa (zona aeróbia).

Nesta zona há necessidade da presença de oxigênio. Este é fornecido por trocas gasosas da superfície líquida com a atmosfera e pela fotossíntese realizada pelas algas presentes, fundamentais ao processo.


Há necessidade de suficiente iluminação solar,

portanto, estas lagoas devem ser implantadas em

lugares de baixa nebulosidade e grande radiação

solar. Na zona aeróbia há um equilíbrio entre o

consumo e a produção de oxigênio e gás carbônico.

Enquanto as bactérias produzem gás carbônico e

consomem oxigênio através da respiração, as algas

produzem oxigênio e consomem gás carbônico na

realização da fotossíntese.


Tem-se o perfeito equilíbrio entre o consumo e a produção de oxigênio e gás carbônico:

BACTÉRIAS – RESPIRAÇÃO

Consumo de oxigênio

Produção de gás carbônico

ALGAS – FOTOSSÍNTESE

Produção de oxigênio

Consumo de gás carbônico


O efluente de uma lagoa facultativa possui as

seguintes características principais: (Cetesb, 1989)

Cor verde devida às algas;

Elevado teor de oxigênio dissolvido;

Sólidos em suspensão, embora praticamente estes

não sejam sedimentáveis.

Influências das algas

Numa lagoa de estabilização facultativa, as algas

desempenham um papel fundamental. A sua

concentração é mais elevada do que a de

bactérias. Em termos de sólidos em suspensão secos,

a concentração é usualmente inferior a 200mg/l

embora em termos de números elas podem estar na

contagens na faixa de 104 a 106 organismos por

ml.

Influências das algas

Grupos de algas de importância encontrados nas

lagoas de estabilização:

Algas verdes (clorofíceas);

Cianobactérias

As espécies variam de local para local, e, ainda, com

a posição na série de lagoas (facultativas e lagoas

de maturação)

Profundidade da zona aeróbia em

função da carga de DBO

A profundidade da zona aeróbia, além de variar ao longo do dia, varia também com as condições de carga da lagoa. Lagoas com uma maior carga de DBO tendem a possuir uma maior camada anaeróbia, que pode ser praticamente total durante a noite.

O pH na lagoa também varia ao longo da profundidade e ao longo do dia. Durante o dia, nas horas de máxima atividade fotossintética, o pH pode atingir valores em torno de 10.

Influências das condições ambientais

As principais condições ambientais em uma lagoa de

estabilização são a radiação solar, temperatura e

o vento.

Fator Influência

Radiação solar Velocidade de fotossíntese

Temperatura Velocidade de fotossíntese

Taxa de decomposição bacteriana

Solubilidade e transferência de gases

Condições de mistura

Vento Condições de mistura

Reaeração atmosférica

Mistura e estratificação térmica

Em lagos de pequena profundidade a mistura pode ocorrer uma vez ao dia, de acordo com a seguinte seqüência:

Inicio da manhã, com vento: Mistura completa. A temperatura é uniforme ao longo da profundidade.

Meio da manhã, com sol, sem vento: Aumento da temperatura na camada superficial. A temperatura no fundo, varia pouco, sendo influenciada pela temperatura do solo.

Inicio da noite, sem vento: A camada acima da termoclima perde calor mais rapidamente do que a camada de fundo. Caso as temperaturas das camadas se aproximem, ocorre a mistura

Noite, com vento. O vento auxilia na mistura das camadas. A camada superior afunda, e a inferior se eleva.

Profundidade da zona aeróbia em

função da carga de DBO

Dia Noite Dia Noite Superfície da lagoa

Fundo da lagoa

Baixa carga de DBO

Elevada carga de DBO

Zona aeróbia

Zona anaeróbia

Zona aeróbia

Zona anaeróbia

Influência da carga aplicada à lagoa e da hora do dia na espessura das camadas aeróbias (Sperling, 2002).

Critérios de projeto

Os principais parâmetros de projeto das lagoas

facultativas são:

Taxa de aplicação;

Profundidade;

Tempo de detenção;

Geometria (relação comprimento/largura)


Taxa de aplicação superficial.

O critério taxa de aplicação superficial (carga

orgânica por unidade de área), baseia-se na

necessidade de se ter uma área de exposição à luz

solar na lagoa. Este critério baseia-se na

necessidade de oxigênio para a estabilização da

matéria orgânica.

A área requerida para a lagoa é calculada em

função da taxa de aplicação superficial Ls .


A área requerida para a lagoa é calculada em função da taxa de aplicação superficial Ls . A taxa é expressa em termos de carga de DBO (L, expressa em KgDBO5/d) que pode ser tratada por unidade de área da lagoa (A, expressa em ha).

A = área requerida para a lagoa (ha)

L = carga de DBO total (solúvel + particulada) afluente (kgDBO5 /d)

Ls = taxa de aplicação superficial (KgDBO5 /ha.d)

A = L / LS


Profundidade

A profundidade tem influência em aspectos físicos, biológicos e hidrodinâmicos da lagoa. Através da taxa de aplicação superficial e da profundidade tem-se o volume da lagoa.

H = Profundidade

V = Volume requerido

A = Área requerida

A faixa de profundidade a ser adotada no projeto situa-se entre 1,5 a 3,0m.

H = V/A


Tempo de detenção

É um parâmetro de verificação (resultante da determinação do volume da lagoa). É o tempo necessário para que os microorganismos procedam à estabilização da matéria orgânica na lagoa. Esta associado ao volume e à vazão de projeto:

t = tempo de detenção (d)

V = Volume da lagoa (m3 )

Q = vazão média afluente (m3/d)

t = V/Q


Geometria da Lagoa

A relação comprimento/largura (L/B) influencia no

regime hidráulico da lagoa. O projeto das lagoas

poderá fazer um aproveitamento do terreno

disponível e da sua topografia para se obter a

relação mais adequada do comprimento/largura.

Relação comprimento / largura (L/B) = 2 a 4

ROTINA DE OPERAÇÃO - Lagoas

• seguir as rotinas gerais de operação de lagoas de

estabilização;

• retirar todo o material sobrenadante - escumas,

óleos, graxas, lodo e folhas usando peneiras ou

jatos d’água. O material removido deve ser

desidratado, tratado e disposto em valas na área

da ETE, com recobrimento diário, ou em aterro

sanitário preferencialmente licenciado;

ROTINA DE OPERAÇÃO – Lagoas

• variar o nível d’água em função da maior ou menor

insolação - mais alto no período de maior insolação

e mais baixo no de menor insolação;

• verificar a coloração do efluente tratado - deve

estar preferencialmente verde-claro e sem cheiro;

• verificar diariamente as condições de tempo, da

temperatura do ar e do líquido, do pH e do

oxigênio dissolvido - OD. Os dados devem ser

anotados no registro de operação da ETE

ESTIMATIVA DA CONCENTRAÇÃO

EFLUENTE DE DBO

A remoção de DBO processa-se segundo uma reação

na qual a taxa de reação é diretamente

proporcional à concentração do substrato. Nestas

condições o regime hidráulico da lagoa influencia

a eficiência do sistema.

Características dos modelos hidráulicos

Modelo

Hidráulico Esquema Características

Fluxo em

pistão

As partículas do fluido entram

continuamente em uma

extremidade do tanque, passam

através dos mesmos e são

descarregados na outra

extremidade, na mesma

seqüência que entram. Estes tipo

de fluxo é produzido em

tanques longos

Mistura

completa

As partículas entram no tanque e

são imediatamente dispersas em

todo o corpo do reator. Pode ser

obtida em tanques circulares ou

quadrados. Difícil conseguir uma

dispersão de todo volume


Modelo

Hidráulico Esquema Características

Reatores de

mistura completa

em série

Os reatores são usados

para modelar o regime

hidráulico que existe

entre os regimes ideais

fluxo em pistão e mistura

completa

Fluxo disperso O fluxo disperso é

obtido em um sistema

qualquer com um grau

de mistura intermediário

entre os dois extremos

de fluxo em pistão e

mistura rápida


A eficiência do sistema de remoção de poluentes pela

reação (Exemplo: remoção de DBO e coliformes):

Lagoa de fluxo em pistão

Série de lagoas de mistura completa

Lagoa única de mistura completa

Maior eficiência

Menor eficiência

Fórm

ula

s p

ara

cá

lcul

o d

e c

onc

ent

raçã

o

de e

flue

ntes

S (D

BO

Solú

vel)

ARRANJOS DE LAGOAS

As lagoas facultativas pode ser projetadas para ter mais de uma lagoa, o que confere flexibilidade operacional. Ao se analisar a divisão das unidades, deve-se levar em consideração:

Células em série: Um sistema de lagoas em série, com um determinado tempo de detenção total, possui uma maior eficiência do que uma lagoa única, com o mesmo tempo de detenção total. Pode-se ter uma menor área ocupada com um sistema de lagoas em série.

ARRANJOS DE LAGOAS

Células em paralelo: Possui a mesma eficiência que

uma lagoa única. No entanto, o sistema possui uma

maior flexibilidade e garantia, no caso de se ter

que interromper o fluxo para uma lagoa.

Sobrecarga orgânica na primeira célula: A

primeira recebe toda a carga do efluente. O

projeto deverá avaliar o balanço de oxigênio nesta

célula (produção e consumo). Geralmente constitui-

se a primeira célula maior.

ACUMULO DE LODO

O lodo acumulado no fundo da lagoa é resultado dos sólidos em suspensão do esgoto bruto, incluindo areia, mais microorganismos. A fração orgânica do lodo é estabilizado anaerobiamente, sendo convertida em água e gases.

A taxa de acumulo média de lodo em lagoas facultativas é da ordem de apenas 0.03 a 0.08 m3 /hab. Ano. A menos que a lagoa esteja com uma alta carga, o lodo se acumulará por diversos anos, sem necessidade de qualquer remoção.

DIMENSIONAMENTO

DIMENSIONAMENTO DE LAGOA FACULTATIVA

Dados:

• População = 20000hab

• Vazão afluente: Q = 3000 m3/d

• DBO afluente (concentração de DBO): S0 =350 mg/l

• Temperatura: T = 23° C (líquido no mês mais frio)

• Taxa de aplicação superficial: Ls =220kgDBO5/ha.d

• Profundidade: H = 1,80 m

• Remoção de DBO em 20°C: K =0,35 d-1

• Coeficiente de temperatura: Ѳ = 1,05

• Acumulo de lodo = 0,05m3/hab

Passo 1 – Cálculo da carga afluente

de DBO5

Carga(L) = concentração (So) x vazão (Q)

• Vazão afluente: Q = 3000 m3/d

• DBO afluente (concentração de DBO): S0 =350

mg/l

mg/l = g/m3

1050 kg/d

Passo 2 - Cálculo da área requerida

A = _L_

LS A = área requerida para a lagoa (ha) (?)

L = carga de DBO total (solúvel + particulada) afluente (kgDBO5 /d) (1050kg/d)

Ls = taxa de aplicação superficial (KgDBO5 /ha.d) (220kg/ha.d)

48000m2

cesan.com.br

As taxas de Ls podem ser adotadas variando de:

-Regiões com inverno quente e elevada isolação: Ls = 240 a 350 kgDBO5/ha.d

-Regiões de inverno e isolação moderados: Ls = 120 a 240 kgDBO5/há.d

-Regiões com inverno frio e baixa insolação: Ls = 100 a 180 KgDBO5/ha.d

Passo 3 – Cálculo do volume

resultante

V = A.H

H = Profundidade (1,8 m)

V = Volume requerido (?)

A = Área total requerida (48000m2)

Através da taxa de aplicação superficial e da

profundidade tem-se o volume da lagoa.

86400m3

H

Passo 4 – Cálculo do tempo de

detenção resultante

t = _V_

Q

t = tempo de detenção (d) (?)

V = Volume da lagoa (m3 ) (86400m3)

Q = vazão média afluente (m3/d) (3000m3.d)

É o tempo necessário para que os microorganismos

procedam à estabilização da matéria orgânica na

lagoa. Esta associado ao volume e à vazão de projeto.

28,8 d

Passo 5 – Correção da temperatura

KT = K20 . Ѳ(T-20)

KT = Coeficiente de remoção da DBO em uma temperatura do líquido T qualquer (d-1) (?)

K20 = Coeficiente de remoção da DBO na temperatura

do líquido de 20°C (d-1) (0,35d-1)

Ѳ = Coeficiente de temperatura (-) (1,05)

T = temperatura °C (23°C)

O valor do coeficiente de remoção da DBO (K) é calculado em função do modelo hidráulico assumido na lagoa.

0,41d-1

Passo 6 – Estimativa do DBO Solúvel

efluente

27mg/l

As partículas entram no tanque e são

imediatamente dispersas em todo o corpo do

reator.

Utilizando-se o modelo de mistura completa (Fórmula)

S=___S0____

1 + Kt . t

So = Concentração de DBO total (mg/l) 350mg/l

S = concentração de DBO solúvel (mg/l) ?

Kt = Coeficiente de remoção de DBO (d-1) 0,41d-1

t = tempo de detenção total (d) 28,8d

A DBO Solúvel através da assimilação rápida das bactérias

Passo 7 – Estimativa da DBO

particulada e efluente

Admitindo se uma concentração de SS (sólidos em suspensão) efluente igual a 80mg/l, e considerando-se que cada 1 mgSS/l implica numa DBO5 em torno de 0,35mg/l.

DBO5particulado = Concentração de SS efluente x Valor da DBO5

Deve-se lembrar que a DBO particulada é detectada no teste da DBO, mas

poderá não ser exercida no corpo receptor, dependendo das condições de sobrevivência das algas.

28mgDBO5/l

Passo 8 – DBO total efluente

DBO total efluente = DBO solúvel + DBO particulada

A DBO total (solúvel + particulada) é devido ao fato que os

sólidos em suspensão orgânicos, responsáveis pela DBO

particulada, serem convertidos em sólidos dissolvidos através

de enzimas lançadas ao meio pelas próprias bactérias.

55mg/l

Passo 9 – Cálculo da eficiência da

remoção da DBO

E = __S0 – St__ . 100 =

S0

So = Concentração de DBO total (mg/l) 350mg/l

St = concentração de DBO total (mg/l) 55mg/l

E = Eficiência da remoção ?

84%

Passo 10 – Dimensões da lagoa

As dimensões da lagoa são função do terreno e da

topografia locais. Caso seja dotadas 2 lagoas em

paralelo e uma relação comprimento/largura

(L/B) igual a 2,5 em cada lagoa, ter-se á:

A = L .B (L = 2,5B )

Largura: B= 98 m

Comprimento: L = 245,0 m

(para cada lagoa)

Lagoa 1

Lagoa 2

Passo 11 – Área total requerida para

todo o sistema

A área requerida para a lagoa, incluindo os taludes,

urbanização, vias internas, laboratório,

estacionamento e outras áreas de influência, é

cerca de 25% a 33% maior do que a área líquida

calculada a meia altura. Assim:

Atotal = 1,3 . A liquida

62400M2 ou 6,2 ha

2.corsan.com.b

Passo 12 – Área per capita

Área per capita = __Atotal__

População

3,1m2/hab

Passo 13 – Acumulo de Lodo

Acumulação anual = Acumulo de lodo x

população

Acumulo de lodo: 0,05m3/hab.ano

População: 20000hab

1000m3/ano

Passo 14 – Espessura em um ano

Espessura = __Acumulo Anual x Ano___

Área total da lagoa

• Espessura em 20 anos de operação?

• Após 20 anos de operação o lodo ocupa quantos

% da profundidade útil da lagoa?

0,021 m/ano ou

2,1 cm/ano

Exercício

Dimensionar uma lagoa facultativa para uma

população contribuinte de 20.000 hab, com uma

contribuição unitária de 176 L/hab.d e DBO de 200

mg/L. A temperatura média no mês mais frio é de

20°C. Admitir uma concentração 80mg/L de SS

efluente. Verifique também a eficiência da lagoa.

Bibliografia

Lagoas de estabilização, volume 3, Marcos Von Sperling 2ª Edição Ampliada; 2ª 2006. Editora UFMG (publicação do DESA)

Braile, Pedro Marcio. Manual de Tratamento de Águas Residuárias Industriais. São Paulo. CETESB,1993

Giordano,Gandhi.TRATAMENTO E CONTROLE DE EFLUENTES INDUSTRIAIS. Universidade Estadual do Rio de Janeiro

Fundação Estadual do Meio Ambiente . F981o Orientações básicas para operação de estações de tratamento de esgoto / Fundação Estadual do Meio Ambiente. —- Belo Horizonte: FEAM, 2006.

Sugestão de leitura

http://www.cetesb.sp.gov.br/servicos/normas---cetesb/43-normas-tecnicas---cetesb

NORMA TÉCNICA D3.560/Dez/1989 - Manual de avaliação de desempenho de lagoas de estabilização: manual técnico


NORMA TÉCNICA P3.240 – 1981 Manual de projeto de lagoas de estabilização









































Atividade

Com base no material de aula e no artigo em anexo

“ANÁLISE DA EFICIÊNCIA DAS LAGOAS FACULTATIVAS

DA ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DE EFLUENTE

MUNICIPAL DE INHUMAS-GOIÁS Goiânia, 2007/1”

Apresente uma reflexão sobre o uso das lagoas

facultativas como método de Tratamento de Esgotos.

• Apresentar texto de no máximo uma página.

• Grupo de no máximo 4 pessoas

• Entrega – Quarta feira 18/04

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