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LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO Profa. Dra. Gersina N. da Rocha Carmo Junior Lagoa Anaeróbia.

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1 LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO Profa. Dra. Gersina N. da Rocha Carmo Junior Lagoa Anaeróbia

2 LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO Lagoas Anaeróbias Constituem-se em uma forma alternativa de tratamento onde a existência de condições estritamente anaeróbias é essencial. Para isso, o lançamento de uma grande carga de DBO por unidade de volume da lagoa. A taxa de consumo de oxigênio é várias vezes superior à taxa de produção.

3 LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO Lagoas Anaeróbias Tudo se processa como num digestor anaeróbio ou numa fossa séptica. Utilização: Utilização: tratamento de esgotos domésticos e despejos industriais predominantemente orgânicos, com altos teores de DBO, como matadouros, laticínios, bebidas, etc.

4 LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO Lagoas Anaeróbias Descrição do Processo Conversão anaeróbia é um processo sequêncial: Se desenvolve em duas etapas: Liquefaçãoe formação de ácidos Liquefação e formação de ácidos (através das bactérias acidogênicas) ; e Formação de metano Formação de metano (através das bactérias metanogênicas).

5 a) Microorganismos facultativos, bactérias acidogênicas Ausência de oxigênio, transformam compostos orgânicos complexos em substâncias mais simples, principalmente ácidos orgânicos. Liquefação Formação de ácidos fase digestão ácida Lagoas Anaeróbias Produção de material celular; Produtos mal cheirosos (gás sulfidrico, mercaptana); pH baixa para 6, até 5. Primeira fase:

6 b) bactérias metanogênicas Transformam os ácidos orgânicos formados na fase inicial em metâno (CH 4 ) e dióxido de carbono (CO 2 ) Fermentação metânica ou alcalina Formação de escuma de cor cinzenta e aspecto feio; Maus odores desaparecem pH sobe para 7,2 ou 7,5; Temperatura deve manter-se acima de 15°C. LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO Lagoas Anaeróbias Segunda fase:

7 Bactérias metanogênicas são bastante sensíveis às condições ambientais Redução da taxa de reprodução Acúmulo de ácidos formados na primeira etapa Lagoas Anaeróbias Conseqüências Interrupção da remoção da DBO; Geração de maus odores, os ácidos são extremamente fétidos. Equilíbrio entre as duas comunidades de bactérias Fundamental

8 Lagoas Anaeróbias Condições para o desenvolvimento das bactérias metanogênicas: Ausências de oxigênio dissolvido; Temperatura do líquido adequada (acima de 15°C); pH adequado (próximo ou superior a 7) Lagoa Anaeróbia Etapa inicial remoção de poluentes: ação de forças físicas Sólidos suspensos Sólidos sedimentáveis Microrganismos da degradação da MO, são encontrados em toda massa líquida

9 LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO Lagoas Anaeróbias Na fase de digestão ácida praticamente não ocorre a redução de DBO ou DQO, o que vai acontecer na fermentação metânica. ! A crosta cinzenta escura de escuma, típica de lagoas anaeróbias extremamente benéfica, pois: impede o desprendimento de gás sulfídrico para a atmosfera; Interpõe à penetração de luz solar na lagoa, impedindo assim o desenvolvimento de algas, que produzem oxigênio na camada superior;

10 Protege a lagoa contra curto – circuitos, agitação provocada pelos ventos, e transferência d oxigênio da atmosfera; Conserva e uniformiza a temperatura no meio líquido, impedindo a sua alteração por súbita modificação no meio externo; Impede o maior aquecimento da superfície líquida durante o dia, e o rápido esfriamento durante a noite. LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO Lagoas Anaeróbias Contin...

11 Lagoa anaeróbia

12 Lagoas Anaeróbias Camada flotante Espessura e área de recobrimento da lagoa bastante variáveis. Mantida para diminuir o contato entre a massa líquida e o oxigênio (redução da perda de calor, minimizar emissões de odores); Conservação ou retirada da camada flotante Removida para evitar a proliferação de mosquitos e atenuar os aspectos visuais indesejáveis.

13 Conservação ou retirada da camada flotante Lagoas Anaeróbias Decisão final: Relacionada às condições ambientais da região Clima frio: não remoção Lagoa Anaeróbia substitui com vantagem: Decantadores primários; Adensadores de lodos; Digestores anaeróbios; Unidades de desaguamento de lodos.

14 Lagoas Anaeróbias Eficiência de remoção de DBO 50 a 70% Necessidade de unidade posterior de tratamento Sistemas de lagoas anaeróbias seguidas de lagoas facultativas Sistema Australiano

15 Lagoas Anaeróbias Economia de área para lagoa facultativa 45 a 70% do requisito de uma lagoa facultativa única Área total (lagoas anaeróbia + facultativas) Redução de custos de aquisição de terreno e obras civis. A remoção de DBO na lagoa anaeróbia proporciona

16 Lagoas Anaeróbias Grade Fase Sólida Fase Sólida Cx de areia Medição de vazão Lagoa Anaeróbia Lagoa Facultativa Corpo Receptor Sistema Australiano

17 Lagoas Anaeróbias Fator negativo Risco potencial de exalação de maus odores Acúmulo de materiais flutuantes Sistema equilibrado, não ocorrência de maus odores

18 Lagoas Anaeróbias Fatores ambientais que interferem no processo Temperatura Ação dos ventos; Insolação e precipitação pluviométrica Ventos Efeitos adversos: Danos físicos por erosão dos taludes internos devido à formação de ondas. Recomenda-se: a proteção dos taludes, no mínimo 30cm abaixo e 30cm acima do nível da água.

19 Efeitos adversos: Ventos Formação de curto-circuitos hidráulicos na lagoa; Acúmulo de material flutuante em pontos localizados da lagoa

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21 Fatores ambientais que interferem no processo Temperatura Fator determinante da velocidade de crescimento e atividade de degradação bioquímica. Depende da combinação de vários fatores: Temperatura do esgoto afluente; Temperatura do ar e radiação solar; Vazão do esgoto afluente; Ação dos ventos; Volume da lagoa; Área superficial da lagoa.

22 Fatores ambientais que interferem no processo Temperatura Valores de interesse, condições de inverno; A atividade de fermentação do lodo não ocorre significativamente em temperaturas abaixo de 17°C. Aumenta em atividade na proporção de quatro vezes para cada 5° C de elevação de temperatura entre 4°C e 22°C Atividade biológica máxima, verão, temperatura na ordem de 30°C

23 Fatores ambientais que interferem no processo Balanço hídrico Poucos estudos conclusivos sobre o efeito das precipitações pluviométricas Efeito negativo ocorre de maneira indireta: Aumento considerável da vazão de esgotos por vazões parasitárias nas redes de esgoto ou introdução indevida de águas pluviais.

24 Em oposição a evaporação Problemas hidráulicos devido o abaixamento indesejado do nível de água. Interesse em regiões com reduzido índice pluviométrico e elevadas temperaturas-Nordeste brasileiro Fatores ambientais que interferem no processo Balanço hídrico

25 Configuração de Lagoas Anaeróbias Características construtivas simplificadas Cuidados especiais Adequada mistura, minimização de curtos-circuitos ou formação de camadas estratificadas Relação comprimento/largura não superior a 3

26 Classificação das lagoas anaeróbias em dois modelos hidráulicos básicos : Lagoa anaeróbia convencional; Lagoa anaeróbia de alta taxa. Configuração de Lagoas Anaeróbias

27 Grade Fase Sólida Fase Sólida Cx de areia Medição de vazão Lagoa Anaeróbia Grade Fase Sólida Fase Sólida Cx de areia a) Convencional b)Alta Taxa Banco de lodos

28 Lagoa anaeróbia – Padre Bernardo - GO

29 LAGOAS ANAERÓBIAS + LAGOAS FACULTATIVAS

30 Configurações de Lagoas Anaeróbias e Problemas Operacionais Associados

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32 LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO Lagoas Anaeróbias Critérios de dimensionamento Uma lagoa anaeróbia criteriosamente projetada pode operar livre de maus odores, oferecendo uma redução de DBO na faixa de 50 até 70%. Os principais parâmetros de projeto das lagoas anaeróbias são: Tempo de detenção hidráulico; Taxa de aplicação volumétrica; Profundidade; Geometria(relação comprimento/largura).

33 Tempo de detenção hidráulico (θh) Deve ser suficiente para a sedimentação dos sólidos e degradação anaeróbia da matéria orgânica solúvel LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO Lagoas Anaeróbias Bactérias formadoras de metano requerem de 3 a 6 dias, as de crescimento mais rápido e de 20 a 30 dias, as de crescimento mais lento. Tempo de detenção hidráulico para esgoto doméstico pode ser adotado de 3 a 6 dias.

34 LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO Lagoas Anaeróbias Temperatura da lagoa (°C) Tempo de detenção () (dias) Tempo de detenção (θ h ) (dias) Remoção de provável de DBO 5 (%) , Tempo de detenção hidráulico(θ h ), expresso em dias (Faixas admissíveis)

35 Q = Vazão média afluente (m 3 /d) θ h = Tempo de detenção hidráulica (d) V = Volume requerido para a lagoa (m 3 ) θ h = V/ Q Tempo de detenção hidráulico LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO Lagoas Anaeróbias

36 Tempo de detenção hidráulico LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO Lagoas Anaeróbias Nas lagoa anaeróbias convencionais Tempos inferiores a 3 dias, poderá ocorrera a saída das bactérias metanogênicas com como o efluente da lagoa (fatores hidráulicos) seja superior a própria taxa de reprodução, a qual é lenta(fatores biológicos).

37 Tempo de detenção hidráulico LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO Lagoas Anaeróbias Nas lagoa anaeróbias convencionais Tempos superiores a 6 dias, a lagoa anaeróbia poderia se comportar ocasionalmente como uma lagoa facultativa.

38 CRITÉRIOS DE DIMENSIONAMENTO Lagoas Anaeróbias Taxa de aplicação volumétrica (L v ) Principal parâmetro de projeto das lagoa anaeróbias, é função da temperatura. Locais mais quentes permitem uma maior taxa (menor volume).

39 CRITÉRIOS DE DIMENSIONAMENTO Taxa de aplicação volumétrica (L v ) Lagoas Anaeróbias Temperatura média do ar mais frio-T(°C) Taxa de aplicação volumétrica admissível-L v (KgDBO/m 3.d) 10 a 200,02T-0,10 20 a 250,01T-0,10 >250,35 Taxas de aplicação volumétrica admissíveis para projeto de lagoas anaeróbias em função da temperatura.

40 Volume útil determinado em função de: Taxa de aplicação volumétrica (L v ), expressa em KgDBO 5 /m 3.dia Carga de DBO afluente (KgDBO/d) CRITÉRIOS DE DIMENSIONAMENTO L = carga de DBO afluente (KgDBO/d) L v = Taxa de aplicação Volumétrica (kg DBO/m 3.d) V = volume requerido para a lagoa V = L/Lv Dimensionamento

41 Taxa de aplicação de carga orgânica (TCO) Admite-se que valores acima de KgDBO 5.Ha -1.dia -1 Condições anaeróbias em toda massa líquida Temperatura média mensal (°C) Taxa de aplicação orgânica (g.DBO 5.m 3.dia -1 ) Remoção de DBO 5 (%) < T T+ 20 > Valores de taxa de aplicação de carga orgânica e remoção de DBO 5 em lagoas anaeróbias CRITÉRIOS DE DIMENSIONAMENTO

42 Profundidade Projetar uma lagoa mais profunda, com 3,5 a 5,0 metros de profundidade. Vantagens da lagoa mais profunda: Menor área superficial; Menor ação do meio externo sobre o meio líquido; Volume adequada para acumulação de sólidos. Não havendo desarenação prévia recomenda-se profundidade adicional de 0,50 m no mínimo junto a entrada. CRITÉRIOS DE DIMENSIONAMENTO

43 Geometria (relação comprimento/largura) Comprimento/largura (L/B) = na ordem de 1 a 3 CRITÉRIOS DE DIMENSIONAMENTO As lagoas anaeróbias variam entre quadradas ou levemente retangulares, com relação:

44 Cálculo da concentração efluente (DBO efl ) da lagoa anaeróbia. Uma vez estimada a eficiência de remoção (E), calcula- se a concentração efluente pelas fórmulas: E = (S 0 – DBO efl ) x 100/S 0 DBO efl = S 0 (1 – E/100) Onde: S 0 =concentração de DBO total afluente (mg/L); DBOefl=concentração de DBO total efluente(mg/L); E= eficiência de remoção(%).

45 Exemplo de Dimensionamento Exemplo: Dimensionar uma lagoa anaeróbia para os seguintes dados: População: hab. Vazão afluente: m 3/ d DBO afluente :350mg/L Temperatura: T=23°C e L v = 0,15kgDBO 5 /d Eficiência de remoção de DBO desejada de 60% V = L/Lv Solução: Carga de DBO: L= Q x conc. = 3000m 3 /d x 0,350 Kg/m 3 = 1050kg/d 350mg/L = 350g/m 3 Carga de DBO total Taxa de aplicação volumétrica

46 V = 1050kgDBO/d 0,15kgDBO/m 3.d = 7000m 3 Cálculo do volume requerido V = L/Lv Verificação do tempo de detenção hidráulico θ h = V/ Q θ h = 7000m m 3 /d θ h = 2,3d Obs: lagoa com esse baixo tempo de detenção deve ter sua entrada pelo fundo.

47 Exemplo de Dimensionamento Profundidade adotada - 4,5m Área média: V=volume da lagoa e; h = profundidade. A m = V/h A m = 7000 m 3 /4,5m = 1.556m 2 Vamos adotar 2 lagoas Área de cada lagoa = 1.556m 2 /2 = 778m 2

48 Exemplo de Dimensionamento Possíveis dimensões de cada lagoa: Caso seja adotadas 2 lagoas em paralelo e uma relação comprimento/largura(L/B) igual a 2,5 em cada lagoa ter-se-á: Área de cada lagoa = 1.556m 2 /2 = 778m 2 A=B.L = (2,5.B).B = 2,5.B 2 778m 2 = 2,5.B 2 B = 18 m e 778 = 18.L L = 43m Possível dimensões de cada lagoa: 43 x 18 A=B.L

49 Eficiência de remoção de DBO desejada de 60% Exemplo de Dimensionamento DBO efl = S 0 (1 – E/100) DBO efl = 350 (1 – 60/100) DBO efl = 140mg/L O efluente da lagoa anaeróbia é o afluente da lagoa facultativa.

50 Exemplo de Dimensionamento Exemplo: apresenta-se o caso da contribuição de esgotos domésticos de 3500m 3 /d e DBO 300mg/L. A temperatura média do mês mais frio é 20°C. Deseja-se pré-dimensionar uma lagoa anaeróbia, aceitando uma remoção de DBO de 50%. Adotar taxa de aplicação de carga orgânica de 0,75kgDBO/m 3.d


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