UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO...

UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA

FEDERAL DO PARANÁ

Disciplina:

SANEAMENTO arquivo 011

Tratamento de esgotos por lagoas

Prof.: Flavio Bentes Freire

TRATAMENTO DE ESGOTO SANITÁRIO

►Lagoas de estabilização

● Sistemas mais simples para tratamento de esgotos

● Diversas variantes

● Diferentes níveis de simplicidade operacional e

requisitos de área


● Principais sistemas de lagoas

+ Lagoa facultativa

+ Lagoa anaeróbia seguida por lagoa facultativa (sistema

australiano)

+ Lagoa aerada facultativa

+ Lagoa aerada de mistura completa seguida por lagoa

de decantação


● As lagoas anteriores são utilizadas para remoção de

matéria carbonácea

● Além dessas lagoas, ainda existem as lagoas de

maturação, direcionadas à remoção de patog6enicos

(desinfecção)


►Sistema de lagoa facultativa


● Sistema extremamente simples

● Há uma “divisão” (imaginária) da lagoa em três regiões,

ao longo da profundidade:

+ Região aeróbia (próxima da superfície)

+ Região anaeróbia (mais próximas ao fundo da lagoa)

+ Região facultativa (entre a aeróbia e a anaeróbia)


● Na região superior (aeróbia) as algas realizam

fotossíntese (por isso é necessária uma grande área de

exposição aos raios solares), liberando oxigênio

● O oxigênio também é introduzido na superfície em

virtude da agitação provocada pelos ventos


● Não possui problemas acentuados de maus odores

● H2S formado na região anaeróbia é oxidado na zona

aeróbia

● Sistema ideal para regiões com elevada radiação solar

● Ponto desfavorável: grandes requisitos de área (o maior

de todas as alternativas)


►Sistema lagoa anaeróbia + lagoa facultativa


● Veio como uma alternativa ao sistema anterior

● Possui menos requisitos de área

● O esgoto entra inicialmente em uma lagoa com área

bem menor e mais profunda (predominantemente

anaeróbia)


● Primeira lagoa, TDH entre 3 e 5 dias, ocorre uma

remoção de matéria orgânica da ordem de 50 a 60%

● “Alívio” de carga para a lagoa facultativa (que pode ser

bem menor)

● “Sistema australiano”

● Maus odores na lagoa anaeróbia


►Sistema lagoa aerada facultativa


● Facultativa com menores dimensões (em relação ‘a

convencional)

● Diferença a forma de introdução do oxigênio

● Aeradores mecânicos (que não garantem aeração

completa)


● Consegue-se dimensões bem menores (menor TDH)

● é possível se obter melhor distribuição do oxigênio e das

reações de degradação

● TDH de 5 a 10 dias

● Ponto desfavorável: aumento do nível de complexidade

de operação


►Sistema lagoa aerada de mistura completa + lagoa de

decantação


● Sistema semelhante ao sistema de lodos ativados

● Nessa configuração, a aeração é mais potente que na

lagoa descrita anteriormente

● É possível atingir aeração em todas as regiões da lagoa,

e por isso ela é chamada de “mistura completa”


● Aeração é conseguida por potentes aeradores

● Sólidos ficam em suspensão (grande turbulência)

● Há um ótimo contato entre o esgoto e a biomassa

● Problema: a saída dessa biomassa junto ao efluente

(mesmo problema do lodos ativados) requer a instalação

de uma lagoa de decantação (não há recirculação)


►Exercício: dimensionar uma lagoa facultativa, com base

nos seguintes dados:

● Adotar modelo ideal de mistura completa

● Temperatura do líquido no mês mais frio: 20oC

● População: 20000 hab

● Vazão afluente: 3000 m3/d


● DBO afluente: 350 mg/L

● Considere que a concentração máxima de sólidos no

efluente seja de 100 mg/L


● Taxa de aplicação superficial (Ls)

+ É o parâmetro essencial na determinação da área da

lagoa

+ A taxa é definida pela carga de DBO (KgDBO/dia)

dividida pela unidade de área

+ Varia conforme vários fatores, principalmente em

função da temperatura

● Recomendações (Von Sperling)

+ Região com inverno quente e elevada insolação: Ls =

240 a 350 kgDBO/ha.dia

+ Região com inverno e insolação moderados: Ls = 120

a 240 kgDBO/ha.dia

+ Região com inverno frio e baixa insolação: Ls = 100 a

180 kgDBO/ha.dia

+ Taxa adotada: Ls = 200 kgDBO/ha.dia

● Cálculo da carga afluente de DBO

+ No enunciado foi fornecida uma DBO afluente (ou

seja, na entrada da lagoa) de 350 mg/L

+ Convertendo as unidades: DBO = 0,350 Kg/m3

+ A carga afluente de DBO é definida assim:

+ Carga = concentração x vazão

+ Carga = 0,350x3000 = 1050 Kg DBO/dia

● Cálculo da área requerida para a lagoa

Ls = carga/área

Área = carga/Ls

Área = 1050/200 = 5,25 ha

Área = 52500 m2

● Cálculo da área requerida para a lagoa

Ls = carga/área

Área = carga/Ls

Área = 1050/200 = 5,25 ha

Área = 52500 m2

● Adoção da profundidade da lagoa (H)

+ A recomendação é de H entre 1,5 e 3,0 m

+ Adota-se H = 2,0 m

● Volume da lagoa: V = 52500x2,0 = 105000 m3

● Cálculo do tempo de detenção hidráulica (TDH)

+ Para lagoas facultativas o TDH deve ficar entre 15 e

45 dias

+ TDH = volume/vazão = 105000/3000 = 35 dias

+ Dentro do intervalo recomendado: OK!

● Estimativa da DBO efluente

+ No esgoto existem sólidos dissolvidos e sólidos

suspensos

+ As duas modalidades de sólidos contribuem para a

DBO

Mistura completa

“Pistão”

►Reatores de mistura completa em série

► Aplicação dos conceitos: estimativa da DBO efluente

● DBOsoluvel

+ É usual adotar o modelo de mistura completa (para

uma ou mais células), devido as seguintes razões:

• Cálculos mais simples

• Segurança (o reator de MC prevê uma menor

eficiência)

+ Supondo um modelo de mistura completa

+ S: DBOsoluvel efluente

+ So: DBO afluente

+ K: coeficiente de remoção de DBO (uma valor entre

0,30 e 0,35 d-1 que deve ser corrigido quando a

temperatura do líquido é diferente de 20 graus – não

é o nosso caso)

+ t: tempo de detenção hidráulica

+ Dessa maneira a DBO solúvel efluente será:

+ DBOparticulada

• A literatura indica que 1 mg/L de sólidos

suspensos (SS) correspondem aproximadamente

a um intervalo de 0,3 a 0,4 mg/L de

DBOparticulada (vamos adotar 0,3)

● Eficiência da lagoa

● Número de lagoas

+ Até agora temos os seguintes resultados:

• Área total: 52500 m2

• Volume total: 105000 m3

● Como a área é muito grande (dificuldades construtivas)

adotaremos duas lagoas, cada uma com metade da

área total (A = 26250 m2)

● Dimensões

+ Admitindo-se uma relação comprimento/largura (L/B)

igual a 2,5, tem-se:

● Dimensões finais

+ São adotadas duas lagoas com:

L = 258 m

B = 103 m

H = 2,0 m

● Área total requerida pelo sistema

+ A área total requerida para as lagoas, incluindo os

taludes e área de influência, é cerca de 25% a 33%

maior que a área líquida calculada

+ Portanto a área total deverá ser próxima de 3,5 ha

● Acúmulo de lodo

+ A taxa de acumulação de lodo para uma lagoa

facultativa fica entre 0,03 e 0,08 m3/hab.ano

+ Vamos adotar uma taxa de 0,05 m3/hab.ano

+ Para uma população de 20000 habitantes (dado do

exercício) o acúmulo será de: 20000.0,05 = 1000

m3lodo/ano

● Acúmulo de lodo

+ Cada lagoa terá um acúmulo anual de lodo de 500 m3

+ Área da lagoa = 258x103 = 26574 m2

Altura: 500/26574 = 0,019 m = 1,9 cm de lodo / ano

+ Em 20 anos de operação (geralmente este é o

alcance de projeto) haverá uma espessura de 38 cm

de lodo


►Desinfecção de esgotos

● Interesse cada vez maior

● Inativação de patogênicos

● Opções:

+ Cloro, UV, ozônio, lagoas de maturação


● Esgoto bruto: 1,0 x 107 NMP/100 mL de CF

● Água potável: ausente


►Lagoas de maturação

● Objetivo principal: inativação de patogênicos

● “Bônus”: remoção adicional de DBO (modesta)

● O ambiente ideal para os microrganismos patogênicos é

o trato intestinal humano

● Fora deste, os patogênicos tendem a morrer


● Diversos fatores contribuem para isso

+ Temperatura

+ Radiação

+ Escassez de alimento

+ Organismos predadores, competição

+ Outros


● Lagoas de maturação buscam potencializar parte

desses fatores

● Vários desses mecanismos se tornam mais efetivos com

menores profundidades

● Por este motivo as lagoas de maturação são mais rasas

se comparadas aos demais tipos


● Elevadas eficiências são possíveis (inclusive para

cumprir os padrões de descarte)

● Essas lagoas usualmente atingem eliminação total de

helmintos (vermes), por exemplo

● Atenção: técnica não se adéqua a tratamento de água –

ordens de grandeza água/esgoto são bem distintas


● Estudos empíricos mostraram que a redução é mais

significativa quando o sistema é composto por mais de 3

lagoas de maturação em série

● Da mesma maneira que para as outras lagoas, o

equacionamento varia conforme o regime hidráulico

adotado


● Equacionamento - para lagoas de maturação em MC,

em série (mais usual), temos:

N: coliformes no efluente (organismos/100 mL)

No: organismos no afluente (organismos/100 mL)

Kb: coeficiente de decaimento bacteriano (como uma

espécie de “taxa de mortalidade”)

T: tempo de detenção hidráulica (dias)


● Quanto maior o coeficiente kb, maior será a velocidade

de declínio dos microrganismos patogênicos, e maior

será a eficiência da desinfecção

● Para uma lagoa de mistura completa, por exemplo

+ kb está entre 0,4 e 1,0 (lagoa facultativa)

+ kb está entre 0,5 e 2,5 (lagoa de maturação)


Exercício: dimensionar um sistema de lagoas de

maturação para tratar os efluentes das lagoas

facultativas do exemplo anterior

● População: 20000 hab

● Vazão afluente: 3000 m3/d


● Dimensões das facultativas

+ Comprimento: L = 258 m

+ Largura: B = 103 m

+ Profundidade: H = 2,0 m


● Coliformes no esgoto bruto

+ Produção per capita de CF: 4x1010 (Von Sperling)

+ Carga de coliformes


● Concentração de coliformes fecais no esgoto bruto


● Remoção de patogênicos na lagoa facultativa: embora

tenha sido projetada para promover remoção de matéria

orgânica, também promoverá a remoção parcial de

patogênicos


● Cálculo da concentração de coliformes fecais no

efluente da facultativa

+ Já vimos que no afluente da facultativa: No= 2,7.107

CF/100mL

+ Admitindo um regime de MC

+ Adotando kb = 1,0 (tabelado Von Sperling)


+ Entrada: 2,7.107 CF/100mL

+ Saída: 7,5.105 CF/100 mL

+ Parece pouco eficiente?

+ Vamos calcular a eficiência


● Concentração efluente da facultativa será a

concentração afluente do sistema de lagoas de

maturação

● Para uma redução mais significativa adotaremos 3

lagoas de maturação (n = 3)


● Volume das lagoas de maturação

+ TDH: Os pesquisadores recomendam um tempo de

detenção mínimo de 3 dias para cada lagoa de

maturação

+ Vamos adotar TDH = 4,5 dias


● Dimensões de cada lagoa de maturação

+ A profundidade recomendada fica entre 0,8 e 1,5 m

(bem menor que nas facultativas)

+ Vamos adotar H = 1,0 m

+ Área superficial de cada lagoa


+ Área superficial de cada lagoa


+ As lagoas de maturação podem ser quadradas

+ Assim

• Comprimento: L = 117 m

• Largura: B = 117 m


● Área total requerida

+ A área total requerida para as lagoas de maturação é

cerca de 25% maior que a área calculada para cada

lagoa

+ Para três lagoas: Atotal = 1,25.3.117.117 = 51334 m2

+ Área = 5,2 ha


● Concentração de coliformes no efluente das lagoas de

maturação (última lagoa)

+ São três lagoas de mistura completa em série:


+ Em lagoas de maturação de MC, os valores de kb

variam de 0,5 a 2,5 d-1

+ Os valores efetivos de kb são determinados através

de ensaios prévios

+ Mas são fortemente influenciados pela temperatura

local


+ Supondo uma região de clima quente, adotaremos kb

= 2,0 d-1


+ Constata-se uma eficiência bastante elevada

+ Em termos práticos pode-se dizer que o sistema de

lagoas proposto atende aos padrões de qualidade

para rios de classe 2 (menor que 1000 CF/100mL)


● Eficiência de remoção das lagoas de maturação

● Eficiência global do sistema


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