Profa. Dra. Gersina N. da Rocha Carmo Junior

Apresentação em tema: "Profa. Dra. Gersina N. da Rocha Carmo Junior"— Transcrição da apresentação:

1 Profa. Dra. Gersina N. da Rocha Carmo Junior
Lagoas de Estabilização LAGOAS FACULTATIVAS Profa. Dra. Gersina N. da Rocha Carmo Junior

2 Predominância dos fenômenos naturais
Lagoas Facultativas Variante mais simples Retenção dos esgotos por um período de tempo longo o suficiente para que os processos naturais de estabilização da matéria orgânica se desenvolvam. Vantagens e Desvantagens Predominância dos fenômenos naturais

3 Lagoas facultativa – Descrição do Processo

4 Características do efluente de uma lagoa facultativa:
Lagoas facultativa – Descrição do Processo Características do efluente de uma lagoa facultativa: Cor verde devido às algas; Elevado teor de oxigênio dissolvido; Sólidos em suspensão, embora praticamente estes não sejam sedimentáveis (as algas praticamente não sedimentam no teste do cone Imhoff).

5 Influência da Algas Lagoa de estabilização facultativa
As algas desempenham papel fundamental Concentração maior do que a de bactérias líquido na superfície, predominantemente verde

6 Lagoas de estabilização de Lins/SP

7 Lagoa Facultativa: Dispositivo de Saída

8 Situam-se na faixa de 500 a 2000 mg/l
Influência da Algas Presença de algas é medido na forma de clorofila a Concentração de clorofila em lagoas facultativas depende da: Carga aplicada e da temperatura Situam-se na faixa de 500 a 2000 mg/l

9 Lagoas facultativa – Descrição do Processo
Algas Em termos de sólidos em suspensão secos, a concentração é usualmente inferior a 200 mg/L. Em termos de números elas podem atingir contagens na faixa de 104 a 106.

10 Influência da Algas Indicam geralmente boas condições
Grupo de algas de importância encontradas nas lagoas de estabilização: Algas verdes (clorofíceas): conferem a cor esverdeada Indicam geralmente boas condições Principais gêneros:Chlamydomonas, Euglenas e Chlorellas; Possuem flagelo: capacidade de locomoção (otimização da posição em relação à incidência de luz e à temperatura)

11 Necessidade nutricional reduzida
Influência das Algas 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 CO2, N2, água, alguns minerais e luz Típicos de esgoto com baixo pH e pouco nutrientes.

12 Algas, Energia luminosa e oxigênio em função da profundidade
Consumo de oxigênio Produção de oxigênio Algas Intensidade luminosa Oxipausa Figura 2 - Algas, energia luminosa e oxigênio em uma lagoa facultativa (seção transversal) Fonte: Sperling, 2002

13 Profundidade da zona aeróbia em função da carga de DBO
Dia Noite Superfície da lagoa Fundo da lagoa Baixa carga de DBO Elevada carga de DBO Zona aeróbia Zona anaeróbia Fig. Influência da carga aplicada à lagoa e da hora do dia na espessura das camadas aeróbias (Sperling, 2002).

14 O pH da lagoa varia ao longo da profundidade
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.

15 O pH da lagoa varia ao longo da profundidade
Durante o dia nas horas de máxima atividade fotossintética. pH pode atingir valores em 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 liberar para a atmosfera(remoção de nutrientes);

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

17 A influência das condições ambientais
Em lagoas de estabilização Radiação solar, temperatura e o vento Fator Influência Radiação solar Velocidade de fotossíntese Temperatura Taxa de decomposição bacteriana Solubilidade e transferência de gases Condições de mistura Vento Reaeração atmosférica (Sperling, 2002).

18 Mistura e estratificação térmica
Na lagoa ocorrerá naturalmente uma mistura da massa líquida pela ação dos ventos e a um diferencial de temperatura. Benéfica Para a distribuição das algas e do oxigênio no interior da massa líquida Para diminuir o efeito de eventuais curto circuitos no escoamento A lagoa poderá apresentar uma estratificação térmica

19 Mistura e estratificação térmica
A camada superior (quente) não se mistura com a camada inferior (fria). Termoclina Camada superior Camada inferior Vento Sensível diminuição na temperatura acréscimo na densidade e viscosidade Lagoa com estratificação térmica

20 Diminuição do oxigênio nas lagoas
Mistura e estratificação térmica Estratificação térmica As algas não motoras Permanecem na última camada, por sedimentação, apenas consumindo oxigênio. Algas móveis Permanecem a cerca de 30 a 50cm da superfície formando uma camada espessa que dificulta a penetração de luz solar. Diminuição do oxigênio nas lagoas Conseqüência redução da capacidade de estabilizar a matéria orgânica

21 Mistura e estratificação térmica
A estratificação térmica é quebrada pela: Inversão térmica Fenômeno natural que pode se dar pelo resfriamento rápido da camada superior, por exemplo, no início da noite, ou com a entrada de uma frente fria. Lagoa com mistura-Inversão térmica Aproximando a temperatura das duas camadas ou; Tornando a densidade da camada superior maior gerando a o revolvimento dessas camadas Camada única Vento

22 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.

23 Critérios de projetos Os principais parâmetros de projeto das lagoas facultativas: Taxa de aplicação superficial; Profundidade; Tempo de detenção; Geometria (relação comprimento/largura)

24 Carga orgânica por unidade de área
Critérios de projetos Taxa de aplicação superficial Carga orgânica por unidade de área Baseia-se na necessidade de se ter uma determinada área de exposição à luz solar na lagoa, para que o processo de fotossíntese ocorra. Objetivo de se garantir a fotossíntese e, o crescimento de algas, é o de se ter uma produção de oxigênio suficiente para suprir a demanda de oxigênio.

25 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 da carga de DBO. Onde: A= área requerida para a lagoa (ha); L= carga de DBO total (solúvel + particulada) afluente (KgDBO5)/d); Ls= taxa de aplicação superficial

26 Taxa de aplicação superficial (Ls)
A taxa a ser adotada, varia com a temperatura local, latitude, exposição solar, altitude e outros. (Sperling, 2002). Equação proposta por Mara (1997), segundo o autor, possui aplicabilidade global: Temperatura média do ar no mês mais frio.

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

28 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.

29 Profundidade (H) A profundidade da lagoa H é um compromisso entre o volume requerido V e a área requerida A. H = V/A Outros aspectos influem na seleção da profundidade. Aspectos relacionados com a profundidade das lagoas

30 Aspectos relacionados com a profundidade das lagoas
Lagoas Rasas 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.

31 Aspectos relacionados com a profundidade das lagoas
Lagoas Profundas Possibilitam maior tempo de detenção; Mais estável; Maior volume de armazenamento de lodo; Os subprodutos da decomposição anaeróbios são liberados para as camadas superiores, demanda de oxigênio; Riscos de mau cheiro são reduzidos; Permitem expansão futura para a inclusão de aeradores.

32 Profundidade (H) O conhecimento disponível é ainda limitado. Para otimizar a profundidade da lagoa de forma a obter o maior número de benefícios. entre 1,5 a 3,0 m Projetos 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

33 Tempo de Detenção Associado ao volume e a vazão de projeto:
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:

34 Lagoas facultativas primária, tratando esgoto doméstico.
Tempo de Detenção O tempo de detenção requerido para oxidação da matéria orgânica varia com as condições locais, notadamente a temperatura. Menores tempo de detenção- regiões em que a temperatura do líquido é elevada. Esgotos concentrados - tempo de detenção elevado. Lagoas facultativas primária, tratando esgoto doméstico. t= 15 a 45 dias

35 O tempo de detenção pode ser utilizado de uma das seguintes 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 no critério da taxa da aplicação, pode-se calcular H: H= V/A

36 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

37 Geometria da lagoa (relação comprimento/largura) Importante critério, influência no regime hidráulico da lagoa. 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 e à presença de compostos tóxicos.

38 (relação comprimento/largura)
Geometria da lagoa (relação comprimento/largura) 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 a concentração de saída.

39 A concentração logo se iguala a baixa concentração do efluente;
Geometria da lagoa(relação comprimento/largura) Mistura completa Homogeneização em todo tanque possibilita a imediata dispersão dos poluentes; A concentração logo se iguala a baixa concentração do efluente; Menor eficiência na remoção de DBO.

40 Série de lagoas de mistura completa Lagoa única de mistura completa
Geometria da lagoa(relação comprimento/largura) A eficiência do sistema na remoção de poluentes modelados pela reação de primeira ordem (ex: DBO e coliformes) segue a ordem apresentada abaixo: Maior eficiência Lagoas fluxo em pistão Série de lagoas de mistura completa Lagoa única de mistura completa Menor eficiência

41 Relação comprimento/largura (L/B) = 2 a 4
Geometria da lagoa(relação comprimento/largura) Relação comprimento/largura Próximo a 1 lagoa quadrada, regime mistura completa. Elevada, tendem a fluxo pistão Lagoas facultativas Relação comprimento/largura (L/B) = 2 a 4

42 LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO
LAGOAS FACULTATIVAS Efluente de cor verde com elevado teor de O.D. e sólidos em suspensão não sedimentáveis (algas)

43 Estimativa da concentração efluente de DBO
Fórmulas para o cálculo da concentração efluente S (DBOsolúvel) Regime hidráulico Esquema Fórmula da concentração de DBO solúvel efluente (S) Fluxo de pistão S= S0 .e-kt Mistura completa (1 celula) Mistura completa (celulas iguais em série)

44 Estimativa da concentração efluente de DBO
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 (-)

45 Estimativa da concentração efluente de DBO
DBO total efluente = DBOsolúvel + DBOparticulada 1 mg SS/L = 0,3 a 0,4 mgDBO5/L Sólidos em suspensão DBOparticulada= 0,3 a 0,4mgDBO/L 1mgSS/L 1 mg SS/L = 1,0 a 1,5 mgDQO/L

46 Eficiência de remoção de DBO
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 esgoto bruto) 0,30 a 0,40d-1 Lagoas secundárias (recebendo esgoto efluente de uma lagoa ou reator) 0,25 a 0,32d-1

47 Estimativa da concentração efluente de DBO
Para diferentes temperaturas de K pode ser corrigido 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

48 Lagoa Facultativa

49 Lagoas Facultativa

50 Lagoas Facultativa

51 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.

52 O ocupação do volume da lagoa é baixo
Acúmulo de lodo A taxa de acúmulo do lodo em lagoas facultativas é da ordem de 0,03 a 0,08 m3/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 sem necessidade de remoção.

53 Vinculação entre a cor da lagoa e a característica de funcionamento

54 Lagoa Jardim Paulistano II
Sistemas De Lagoas Anaeróbias Seguidas Por Lagoas Facultativas (Sistema Australiano) Lagoa Restinga Sistemas De Lagoas Anaeróbias Seguidas Por Lagoas Facultativas (Sistema Australiano)

55 Exemplo de Dimensionamento
Exemplo: Dimensionar uma lagoa facultativa para os seguintes dados: População: hab. Vazão afluente: m3/d Temperatura: T=23°C (líquido no mês mais frio); DBOafluente: S0 =350mg/L Admitir 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 carga afluente à lagoa facultativa. Com a eficiência de remoção de 60% na lagoa anaeróbia, a carga afluente à lagoa facultativa será:

56 a) Carga de afluente à lagoa facultativa:
L = 420 KgDBO/d

57 Exemplo de Dimensionamento
b) Adoção da taxa de aplicação superficial de 220 kgDBO/ha.d c) Cálculo da área requerida

58 Exemplo de Dimensionamento
d) Adoção de um valor para a profundidade : H = 1,80 m (adotado) e) Calcular o volume resultante V= A x H V= x 1,80 = m3 f) E em decorrência o tempo de detenção t: T = /3000 = 11,4 d t= V/Q

59 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

60 h) Estimativa da DBO solúvel efluente
Utilizando-se o modelo de mistura completa (admitindo-se uma célula não predominantemente longitudinal). S = 75,30 mg/L

61 i) Estimativa da DBO particulada efluente
DBOparticulada= 0,3 a 0,4mgDBO/L 1mgSS/L DBOparticulada= 0,35mgDBO/L x 80mgSS/L 1mgSS/L DBOparticulada = 28mgDBO/L

62 j) Estimativa da concentração efluente de DBO
DBO total efluente = DBOsolúvel + DBOparticulada DBO total efluente = 75, DBO total efluente = 103,3mg/L l) Eficiência de remoção de DBO E = 70,5%

63 Exemplo de Dimensionamento
m) Dimensões das lagoas Adotar uma lagoas e uma relação comprimento/largura(L/B) igual a 2,5 em cada lagoa. A área da lagoa facultativa = m2 A = L x B = (2,5B)B = 2,5B2 = 2,5B2 = 87 m Resposta: Comprimento L = 218m Largura B = 87m L = 2,5xB = 2,5x89 = 218m

64 Exemplo de Dimensionamento
m) Dimensões das lagoas Adotar duas lagoas em paralelo e uma relação comprimento/largura(L/B) igual a 2,5 em cada lagoa. A área de cada lagoa facultativa = m2/2 = m2 A = L x B = (2,5B)B = 2,5B2 9.500 = 2,5B2 = 62 m Resposta duas lagoas de: Comprimento L = 155m Largura B = 62m L = 2,5xB = 2,5x62 = 155m

65 Exemplo de Dimensionamento
Exercício 1: Dimensionar uma lagoa facultativa para uma população contribuinte de 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.