Trata_aula 11

5/12/2018 Trata_aula 11 - slidepdf.com

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Lagoas de Estabilização

Profa. Dra. Gersina N. da Rocha Carmo Junior

LAGOAS FACULTATIVAS



Lagoas Facultativas

Variante mais simples

Retenção dos esgotos por um período de tempolongo o suficiente para que os processos naturais deestabilização da matéria orgânica se desenvolvam.

Vantagens e Desvantagens

Predominância dos fenômenos naturais



Lagoas facultativa – Descrição do Processo




Características do efluente de uma lagoafacultativa:

Cor verde devido às algas;

Elevado teor de oxigênio dissolvido;

Sólidos em suspensão, embora praticamente estes

não sejam sedimentáveis (as algas praticamentenão sedimentam no teste do cone Imhoff).



Influência da Algas

Lagoa de estabilização facultativa

As algas desempenham papel fundamentalConcentração maior do que a de bactérias

líquido na superfície, predominantementeverde


http://slidepdf.com/reader/full/trataaula-11 6/65Lagoas de estabilização de Lins/SP



Lagoa Facultativa: Dispositivo de Saída



Presença de algas é medido na forma declorofila a

Concentração de clorofila em lagoas

facultativas depende da:

Carga aplicada e da temperatura

Situam-se na faixa de 500 a 2000 mg/l





Em termos de sólidos em suspensão secos, aconcentração é usualmente inferior a 200 mg/L.

Em termos de números elas podem atingircontagens na faixa de 104 a 106.

Algas




Grupo de algas de importância encontradas nas

lagoas de estabilização:• Algas verdes (clorofíceas): conferem a coresverdeada

Principais gêneros:Chlamydomonas, Euglenas e

Chlorellas;

Possuem flagelo: capacidade de locomoção

(otimização da posição em relação à incidência de luze à temperatura)

Indicam geralmente boas condições



Cianobáctérias (anteriormente denominadas

cianofíceas, ou algas verde-azulada):apresentam características de bactérias e algas,

atualmente classificadas com bactérias .

Não possuem organelas de locomoção como cílios,flagelos, podem se deslocar por deslizamento

Necessidade nutricional reduzida

Influência das Algas

CO2, N2, água, alguns minerais e luz

Típicos de esgoto com baixo pH e pouco nutrientes.



Algas, Energia luminosa e oxigênio em funçãoda profundidade

Figura 2 - Algas, energia luminosa e oxigênio em uma lagoa facultativa

(seção transversal)Fonte: Sperling, 2002

P r o f u n d i d a d e

Consumo deoxigênio

Produção de

oxigênio AlgasIntensidadeluminosa

Oxipausa



Profundidade da zona aeróbia em função da carga deDBO

Dia Noite Dia NoiteSuperfícieda lagoa

Fundo dalagoa

Baixa cargade DBO

Elevada cargade DBO

Zonaaeróbia

Zonaanaeróbia

Zonaaeróbia

Zonaanaeróbia

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

O H d l i l d



O pH da lagoa varia ao longo daprofundidade

O pH depende da fotossíntese e da respiração,através das seguintes relações:

Fotossíntese:

•Consumo de CO2 •O íon bicarbonato(HCO3

-) tende a se converter a OH-

•O pH se eleva

Respiração•Produção de CO2 •O íon bicarbonato(HCO3

-) tende a se converter a H+

•O pH se reduz.

O H d l i l d



O pH da lagoa varia ao longo daprofundidade

Durante o dia nas horas de máxima atividadefotossintética.

pH pode atingir valoresem torno de 10

Podem ocorrer os seguintes fenômenos:

Conversão da amônia ionizada(NH4+) a amônia

livre(NH3) a qual é tóxica, mas tende a se liberarpara a atmosfera(remoção de nutrientes);



Contin...

Precipitação dos fosfatos (remoção de nutrientes);Conversão do sulfeto(H2S) causador do maucheiro a bissulfeto(HS-) inodoro.



A influência das condições ambientaisEm lagoas de estabilização

Radiação solar, temperatura e o ventoFator Influência

Radiação solar Velocidade de fotossíntese

Temperatura Velocidade de fotossínteseTaxa de decomposição bacteriana

Solubilidade e transferência de gases

Condições de mistura

Vento Condições de mistura

Reaeração atmosférica

(Sperling, 2002).



Mistura e estratificação térmica

Na lagoa ocorrerá naturalmente uma mistura da massa

líquida pela ação dos ventos e a um diferencial detemperatura.

Benéfica

Para a distribuição das algas e do oxigênio no interior damassa líquida

Para diminuir o efeito de eventuais curto circuitos noescoamento

A lagoa poderá apresentar uma estratificação térmica




Estratificação térmica

A camada superior (quente) não se mistura com a camadainferior (fria).

Termoclina

Camada superior

Camada inferior

Vento

Lagoa com estratificação térmica

Sensível diminuição

na temperatura

acréscimo na

densidade e

viscosidade




Estratificação térmica

As algas não motoras

Permanecem na última camada, por sedimentação, apenasconsumindo oxigênio.

Algas móveis

Permanecem a cerca de 30 a 50cm da superfícieformando uma camada espessa que dificulta a penetraçãode luz solar.

Diminuição do oxigênio nas lagoasConseqüência redução da capacidade de estabilizar a

matéria orgânica



A estratificação térmica é quebrada pela:

Inversão térmica


Fenômeno natural que pode se dar pelo resfriamentorápido da camada superior, por exemplo, no início da

noite, ou com a entrada de uma frente fria.

Camada única

Vento

Lagoa com mistura-Inversão térmicaAproximando a temperatura

das duas camadas ou;Tornando a densidade dacamada superior maiorgerando a o revolvimento

dessas camadas



Fatores controláveis

As características do esgoto a ser tratado;

As características do terreno;

As características dos corpos receptores;A legislação ambiental;

As interferências das comunidades locais.



Critérios de projetos

Os principais parâmetros de projeto das

lagoas facultativas:

Taxa de aplicação superficial;

Profundidade;Tempo de detenção;

Geometria (relação comprimento/largura)



Taxa de aplicação superficial

Carga orgânica por unidade de área

Baseia-se na necessidade de se ter umadeterminada área de exposição à luz solar nalagoa, para que o processo de fotossínteseocorra.

Critérios de projetos

Objetivo de se garantir a fotossíntese e, o crescimento dealgas, é o de se ter uma produção de oxigênio suficientepara suprir a demanda de oxigênio.



Taxa de aplicação superficial (Ls)

A área requerida para a lagoa é calculada em

função da taxa de aplicação superficial (Ls). A taxa éexpressa em termos da carga de DBO.

s L

L A

Onde:

A= área requerida para a lagoa (ha);

L= carga de DBO total (solúvel + particulada) afluente(KgDBO5)/d);

Ls= taxa de aplicação superficial



Taxa de aplicação superficial (Ls)

A taxa a ser adotada, varia com a temperatura local,

latitude, exposição solar, altitude e outros.

Equação proposta por Mara (1997), segundo o autor,possui aplicabilidade global:

25

T0,002-1,107350

T

s L

Temperatura média doar no mês mais frio.

(Sperling, 2002).



Taxas de aplicação superficial no Brasil, em função da temperatura médiado ar no mês mais frio, tendo por base a equação de Mara(Sperling,2002).



A área requerida para a lagoa

Não há um valor máximo absoluto de área, a partir do

qual o sistema de lagoas facultativas se torna inviável.

No Brasil há um sistema de lagoas ocupando 100 ha.

Argentina e Austrália, há sistema com mais de 300 ha.

Observar: Condições locais, da topografia, da geologia e

do custo do terreno.

Recomendação da minuta do Projeto de Norma para

Lagoas(1991): A área de uma lagoa facultativa não deve

ser maior que 15 ha.



Profundidade (H)

A profundidade da lagoa H é um compromisso

entre o volume requerido V e a área requerida A.

H = V/A

Aspectos relacionados com a profundidade das

lagoas

Outros aspectos influem na seleção daprofundidade.

Aspectos relacionados com a



Lagoas Rasas

Aspectos relacionados com aprofundidade das lagoas

•H < 1,0 m: totalmente aeróbias;

•área elevada, para atender o tempo de detenção;•penetração total de luz;

•produção maximizada de algas;

•vegetação emergente:abrigo para larvas de

mosquitos;

•São mais afetadas pela variação de temperatura.

Aspectos relacionados com a



Aspectos relacionados com aprofundidade das lagoas

Lagoas Profundas•Possibilitam maior tempo de detenção;

•Mais estável;

•Maior volume de armazenamento de lodo;

•Os subprodutos da decomposição anaeróbios sãoliberados para as camadas superiores, demanda de

oxigênio;•Riscos de mau cheiro são reduzidos;

•Permitem expansão futura para a inclusão de

aeradores.



entre 1,5 a 3,0 m

1,5 a 2,0 m mais usual

Após a obtenção do valor da área superficial (através da

adoção de um valor para a taxa de aplicação superficial) e da

adoção da profundidade, obtém-se o volume da lagoa.

V= H x A

Projetos

O conhecimento disponível é ainda limitado. Para

otimizar a profundidade da lagoa de forma a obter omaior número de benefícios.

Profundidade (H)



Tempo de Detenção

Associado ao volume e a vazão de projeto:

Q

V t

Onde:

t = tempo de detenção (d);

V = volume da lagoa (m3);

Q =Vazão média afluente (m3.d);

Vazão média é a média entre a vazão afluente e a

vazão efluente:

2

eflafl

média

QQQ



Tempo de Detenção

Lagoas facultativas primária, tratando esgotodoméstico.

t= 15 a 45 dias

O tempo de detenção requerido para oxidaçãoda matéria orgânica varia com as condições

locais, notadamente a temperatura.

Menores tempo de detenção- regiões em que atemperatura do líquido é elevada.

Esgotos concentrados - tempo de detenção

elevado.

O tempo de detenção pode ser utilizado de uma das



O tempo de detenção pode ser utilizado de uma dasseguintes formas:

Adotar o t como um parâmetro explicito do

projeto.

Após ter sido adotado t, calcula-se V: V= t x Q

Como a área A já foi determinada com base nocritério da taxa da aplicação, pode-se calcular H:

H= V/A



Adotar o H como um parâmetro explicito do

projeto.

Tendo-se H e A, calcula-se V:

V= A x H

E em decorrência o tempo de detenção t:

t= V/Q

G t i d l



Geometria da lagoa

(relação comprimento/largura)

Importante critério, influência no regime hidráulico dalagoa.

O regime hidráulico de fluxo de pistão é o mais

eficiente em termos de remoção de DBO.

Regime mistura completa é mais indicado quando

se tem um despejo com grande variedade de carga eà presença de compostos tóxicos.

G t i d l



Pode ser projetado para se aproximar das condições de fluxo em pistão ou mistura completa .

fluxo em pistão (elevada relação comprimento/largura)

•

As partículas entram continuamente no reator;•Sem misturas longitudinais;

•Concentração próximo a entrada é diferente aconcentração de saída.

Geometria da lagoa

(relação comprimento/largura)

i d l ( l ã i /l )



Geometria da lagoa(relação comprimento/largura)

Mistura completa

Homogeneização em todo tanque possibilita aimediata dispersão dos poluentes;

A concentração logo se iguala a baixa concentração

do efluente;

Menor eficiência na remoção de DBO.

G i d l ( l ã i /l )




A eficiência do sistema na remoção de poluentes

modelados pela reação de primeira ordem (ex:DBO e coliformes) segue a ordem apresentadaabaixo:

Lagoas fluxo em pistão

Série de lagoas de mistura completaLagoa única de mistura completa

Maior eficiência

Menor eficiência

G t i d l ( l ã i t /l )



Relação comprimento/largura

Elevada, tendema fluxo pistão

Próximo a 1 lagoaquadrada, regime mistura

completa.

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


Lagoas facultativas

Ã



LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃOLAGOAS FACULTATIVAS

Efluente de cor verde com elevado teor de O.D. e sólidos em

suspensão não sedimentáveis (algas)



Estimativa da concentração efluente de DBO

Fórmulas para o cálculo da concentração efluente S

(DBOsolúvel)Regimehidráulico

Esquema Fórmula da concentração deDBO solúvel efluente (S)

Fluxo de pistão S= S0 .e-kt

Mistura completa(1 celula)

Mistura completa(celulas iguaisem série)

K.t1

S 0

S

n

SS

)n

tK1(

0




Fórmulas para o cálculo da concentração efluente

(DBOsolúvel)

Onde:

S0 = Concentração de DBO total afluente (mg/L);S= Concentração de DBOsolúvel afluente (mg/L);

K=Coeficiente de remoção de DBO (d-1

)

t= tempo de detenção total (d)

n = número de lagoas em série (-)




DBO total efluente = DBOsolúvel + DBOparticulada 1 mg SS/L = 0,3 a 0,4 mgDBO5 /L

Sólidos em suspensão

1 mg SS/L = 1,0 a 1,5 mgDQO/L

DBOparticulada= 0,3 a 0,4mgDBO/L

1mgSS/L

Eficiência de remoção de DBO



Eficiência de remoção de DBO

100S

S-

0

0

x

S

E

A maior parte dos coeficientes de remoção de DBO

disponível na literatura são para mistura completa.Faixa de valores para o dimensionamento do valor do

coeficiente de remoção de DBO (K):

Lagoa K(20°C)

Lagoas primárias (recebendo esgotobruto)

0,30 a 0,40d-1

Lagoas secundárias (recebendo esgoto

efluente de uma lagoa ou reator)

0,25 a 0,32d-1




Para diferentes temperaturas de K pode sercorrigido através da seguinte equação:

KT= K20.θ(T-20)

Diferentes valores de θ propostos na literatura:

Para K = 0,35d-1, tem-se θ= 1,085

Para K = 0,30d-1, tem-se θ= 1,05



Lagoa Facultativa



Lagoas Facultativa



Lagoas Facultativa

Acúmulo de lodo



Acúmulo de lodo

Resultado dos sólidos em suspensão do esgoto

bruto, incluindo:areia, mais microrganismos (bactérias e algas)

sedimentado

Fração orgânica é estabilizada anaeróbicamente,convertida em água e gases.

O volume acumulado é inferior ao volume

sedimentado.

Acúmulo de lodo



Acúmulo de lodo

A taxa de acúmulo do lodo em lagoas

facultativas é da ordem de 0,03 a 0,08m3 /hab.ano

Elevação média da camada de lodo em torno de 1

a 3 cm/ano.

O ocupação do volume da lagoa é baixo

O lodo acumulará por diversos anos semnecessidade de remoção.

Vinculação entre a cor da lagoa e a característica de funcionamento



Lagoa Jardim



Lagoa JardimPaulistano II

Sistemas De LagoasAnaeróbias Seguidas

Por LagoasFacultativas

(SistemaAustraliano)

Lagoa Restinga

Sistemas De LagoasAnaeróbias Seguidas

Por Lagoas Facultativas

(Sistema Australiano)

Exemplo de Dimensionamento



pExemplo: Dimensionar uma lagoa facultativa para os seguintesdados:População: 20.000 hab.

Vazão afluente: 3.000 m3/dTemperatura: T=23°C (líquido no mês mais frio);DBOafluente: S0 =350mg/LAdmitir uma concentração 80mg/L de SS efluente.

L0 = 1050kg/d (exercício da lagoa anaeróbia) Solução:

a) Carga de afluente à lagoa facultativa:

A carga efluente da lagoa anaeróbia é a cargaafluente à lagoa facultativa. Com a eficiência deremoção de 60% na lagoa anaeróbia, a cargaafluente à lagoa facultativa será:




100

100 0 xL E L


100105060100 x L

L = 420 KgDBO/d





b) Adoção da taxa de aplicação superficial de

220 kgDBO/ha.d

c) Cálculo da área requerida

2

19.000mha1,9. / 220

kg/d420

d hakg A

s L L A




d) Adoção de um valor para a profundidade :

H = 1,80 m (adotado)


V= A x H

f) E em decorrência o tempo de detenção t:

t= V/Q

e) Calcular o volume resultante

V= 19.000 x 1,80 = 34.200 m3

T = 34.200/3000 = 11,4 d

g) Adoção de um valor para o coeficiente de



g) Adoção de um valor para o coeficiente de

remoção de DBO (k)

Regime de mistura completa, 20°C

K = 0,27 d-1 (adotado)

θ = 1,05

Correção para a temperatura de 23°C

KT = k20 x θ(T-20)

K23 = 0,27 x 1,05(23-20)

K23 = 0,31d-1

h) Estimativa da DBO solúvel efluente



h) Estimativa da DBO solúvel efluente

Utilizando-se o modelo de mistura completa

(admitindo-se uma célula não predominantementelongitudinal).

K.t1

S 0

S

0,32.11,41

350

S

S = 75,30 mg/L

i) Estimativa da DBO particulada efluente



i) Estimativa da DBO particulada efluente

DBOparticulada= 0,3 a 0,4mgDBO/L1mgSS/L

DBOparticulada= 0,35mgDBO/L x 80mgSS/L

1mgSS/L

DBOparticulada = 28mgDBO/L

j) Estimati a da concentração efl ente de DBO



j) Estimativa da concentração efluente de DBO

DBO total efluente = DBOsolúvel + DBOparticulada

DBO total efluente = 75,30 + 28

DBO total efluente = 103,3mg/L

l) Eficiência de remoção de DBO

100S

S-

0

0 xS E 100

350103,3-350 x E

E = 70,5%




m) Dimensões das lagoas


Adotar uma lagoas e uma relaçãocomprimento/largura(L/B) igual a 2,5 em cadalagoa.

A área da lagoa facultativa = 19.000m2

A = L x B = (2,5B)B = 2,5B2

19.000 = 2,5B2 = 87 m

L = 2,5xB = 2,5x89 = 218mResposta:

Comprimento L = 218m

Largura B = 87m




m) Dimensões das lagoas


Adotar duas lagoas em paralelo e uma relaçãocomprimento/largura(L/B) igual a 2,5 em cadalagoa.

A área de cada lagoa facultativa = 19.000m2 /2 = 9.500 m2

A = L x B = (2,5B)B = 2,5B2

9.500 = 2,5B2 = 62 m

L = 2,5xB = 2,5x62 = 155m

Resposta duas lagoas de:

Comprimento L = 155m

Largura B = 62m





Exercício 1: Dimensionar uma lagoa facultativa para umapopulação contribuinte de 20.000 hab, com uma contribuição

unitária de 176 L/hab.d e DBO de 200 mg/L. A temperatura médiano mês mais frio é de 20°CAdmitir uma concentração 80mg/L de SS efluente. Verifiquetambém a eficiência da lagoa.

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