Lagoas de Estabilização

Lagoas de Estabilização

1. Lagoas Facultativas 1.1. Introdução

As lagoas facultativas são a variante mais simples do sistema de lagoas de estabilização. Basicamente, o processo consiste na retenção dos esgotos por um período de tempo longo o suficiente para que os processos naturais de estabilização da matéria orgânica se desenvolvam. As principais vantagens e desvantagens das lagoas facultativas estão associadas, portanto, a predominância dos fenômenos naturais.

1.2. Descrição do Processo

A DBO solúvel e finamente particulada e estabilizada aerobiamente por bactérias dispersas no meio liquido, ao passo que a DBO suspensa tende a sedimentar, sendo estabilizada anaerobiamente por bactérias no fundo da lagoa. O O2 requerido pelas bactérias e fornecido pelas algas, através da fotossíntese.

Eficiência:

DBO (%) 70 – 85 N (%) 30 – 50 P (%) 20 – 60 Coliformes (%) 60 – 9 Requisito de área (m2/hab) 20 – 50 Custos de implantação (U$/hab) 10 – 50

Vantagens:

Satisfatória remoção de DBO;

Eficiente na remoção de patogenos; Construção, operação e manutenção simples;

Reduzidos custos de implantação e operação;

Ausência de equipamentos mecânicos; Requisitos energéticos praticamente nulos;

Satisfatória resistência a variações de carga; Remoção e lodo necessária apenas após tempo > 20 anos.

Desvantagens:

Elevados requisitos de área; Dificuldade em satisfazer padrões mais restritivos de lançamento;

A simplicidade operacional pode trazer o descaso com a manutenção (crescimento da vegetação);

Possivel necesidade de remoção de algas do efluente para o cumprimento de padrões mais rigorosos; Performance variável com as condições climáticas (temperatura e insolação);

Possibilidade de crescimento de insetos.

1.3. Parâmetros de Projeto

TDH (Tempo de Detenção Hidráulica) – 15 a 45 dias Taxa de Aplicação Superficial (kg/DBO/ha.dia) – 100 a 350

Profundidade (m) – 1,5 a 3,0 Relação L/B usual (comprimento/largura) 2 a 4

Taxa de acumulo de lodo (m3/hab.ano) 0,03 a 0,08

1.4. Critérios de Projeto Os principais parâmetros de projeto são:

Taxa de aplicação superficial Tempo de detenção

Profundidade Geometria a) Taxa de aplicação superficial

A área requerida pela lagoa e calculada em função da Taxa de Aplicacao Superficial (Ls). A taxa e expressa pela carga de DBO que pode ser tratada por unidade de área da lagoa.

A = L/Ls Onde:

A = Area requerida pela lagoa (ha); L = Carga de DBO afluente (kg DBO5/d)

Ls = Taxa de aplicação superficial (kg DBO/ha.d)

A taxa a ser adotada varia com as condicoes ambientais (radiação solar, temperatura e vento). Em nosso pais tem-se adotado taxas variando de:

Regioes com inverno quente e elevada insolação – 240 a 350 Regioes com inverno e insolacao moderados – 120 a 240

Regioes com inverno frio e baixa insolação – 100 a 180

Relacao entre a Taxa de Aplicacao Superficial (Ls) e Temperatura (t)

Ls = 350 * (1,107 – 0,002 * T) (T -25) T = Temperatura media do ar no mês mais frio, oC

Obs.: A área de uma lagoa facultativa não deve ser superior a 15 ha.

b) Tempo de detenção

O volume requerido para a lagoa pode ser calculado com base no tempo de detenção e Q de projeto, sendo expresso em dias.

t = V/Q

Onde:

V = Volume requerido (m3) T = Tempo de Detencao (d)

Q = Vazao media afluente (m3/d)

Obs.: t = 15 a 45 dias (sofre forte influencia da temperatura) c) Profundidade

A penetração da luz e fundamental para o funcionamento da lagoa. h = V/A

Onde :

h – Profundidade (m) V = Volume (m3)

A = Area (m2)

Aspectos relacionados a profundidade da lagoa: Rasa:

As lagoas rasas (h < 1,0 m) podem se comportar como totalmente aeróbias; Maior área superficial;

A penetração de luz ao longo da profundidade e praticamente total; Maior produção de algas, > pH, que ocasiona a precipitação de fosfatos;

Maior remoção de patogenos; Devido a baixa profundidade pode se desenvolver vegetacao (h < 60 cm);

Lagoas rasas são amis afetadas por variacao da temperatura ambiente.

Profunda:

Lagoas com h > 1,2 m possibilita um maior TDH para estabilização de M.O.; Performance mais estavel (menos afetada por condições ambientais);

Maior volume de armazenamento do lodo; A camada inferior permanece em condições anaerobias;

A decomposição anaeróbia não consome OD; As lagoas mais profundas permitem a expansão futura (inclusão de aeradores).

Condicoes ambientais:

As principais condições ambientais em uma lagoa de estabilização são a radiacao solar, a temperatura e o vento.

A radiação solar influencia na velocidade da fotossíntese; A temperatura influencia na:

- Velocidade da fotossíntese;

- Taxa de decomposição bacteriana; - Solubilidade e transferência dos gases;

- Condicoes das misturas.

Vento:

- Condicoes de misturas; - Reaeracao atmosférica.

d) Geometria

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 (L/B). Sistemas com L/B elevado tendem ao fluxo em pistao, enquanto lagoas com L/B proximo a 1,0 (lagoas quadradas) tendem ao regime de mistura completa. Mas frequentemente, a relação L/B das lagoas facultativas se situa na seguinte faixa:

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

A remoção da DBO processa-se segundo uma reação de primeira ordem. Nestas condições o regime hidráulico do reator (lagoa) tem grande influencia na eficiência do sistema.

Reatores de fluxo em Pistao: reaores eu apresentam uma maior concentração de DBO (por exemplo próximo a entrada), a taxa de remoção será mais elevada neste ponto.

Reatores de mistura completa: reatores que através de uma homogeneização em todo o tanque possibilitam uma imediata dispersão do poluente, fazendo com que sua concentração seja igualada.

Caracteristicas dos reatores mais frequentemente utilizados na modelagem do tratamento de esgotos por lagoas de estabilização.

As partículas do fluido entram continuamente em uma extremidade do tanque, passam através do mesmo e são descarregados na outra extremidade, na mesma sequencia que entram (sem misturas longitudinais) tanques longos, elevada relação comprimento X largura.

As partículas que entram no tanque são imediantamente dispersas em todo o reator. A mistura completa pode ser obtida em tanques circulares ou quadrados se o conteúdo for continuo e uniformemente distribuído.

Na realidade, o regime hidráulico em uma lagoa de estabilização não segue exatemente os modelos ideais dos reatores de mistura completa ou fluxo em pistão, mas sim um modelo intermediário. Os modelos de mistura completa ou fluxo em pistão, mas sim um modelo intermediário. Os modelos de mistura completa e fluxo em pistão constituem um envelope, dentro do qual se situam todos os reatores na realidade. O modelo de mistura completa representa um extremo (dispersão longitudinal infinita), enquanto o modelo de fluxo em pistão representa o outro extremo (dispersão longitudinal nula). Dentro destes extremos situam-se os reatores modelados segundo o regime d fluxo disperso, compreendendo todas as lagoas encontradas na pratica. Por esta razão, e importante o conheciemnto do modelo de fluxo disperso, que pode ser utilizado como uma melhor aproximação para o projeto de lagoas de estabilização.

No entanto a modelagem de uma lagoa segundo o fluxo disperso e mais complicada, pelo fato de necessitar de dois parâmetros (coeficiente de remoção de DBO e numero de dispersão), ao contrario dos modelos anteriores, em que se necessita do conheciemtno apenas do coeficiente de remocão de DBO.

A DBO afluente C0 e admitida como a DBO total (solúvel + particulada). DBO solúvel e o remanescente do tratamento.

DBO particulada e causada pelos sólidos em suspensão no efluente.

Os S.S. são predominantemente algas que poderão ou não exercer alguma demanda no corpo receptor.

Caso as algas morram sua estabilização consumira O2;

Se as algas continuarem a se multiplicar poderão ter efeito benéfico na produção de O2; Caso o efluente seja usado para irrigação as algas podem também ser benéficas.

Os S.S. das lagoas facultativas são em torno de 60 a 90% algas, cada 1 mg de algas gera uma DBO de 0,45 mg. Desta forma, 1 mg/l de sólidos em suspensão no efluente e capaz de gerar uma

DBO na faixa de 0,6 * 0,45 = 0,3 mg/l a 0,9 * 0,45 = 0,4 mg/l.

1 mg S.S./l = 0,3 a 0,4 mg DBO/l

Como foi visto anteriormente, o modelo de fluxo em pistão e o mais eficiente em termos de remoção de M.O., no entanto a mistura completa e a mais indicada quando se tem uma grande variabilidade de cargas. Os sistemas de fluxo em pistão estão também sujeitos a uma elevada demanda de O2 proximo a entrada. Neste local poderão ocorrer condições anaeróbias.

O projeto de lagoas devera fazer um aproveitamento do terreno disponível.

Usualmente tem-se adotado o modelo de mistura completa no dimensionamento devido a:

Calculo mais simples; Dimensionamento leva a um posicionamento a favor da segurança.

O valor do coeficiente de remoção de DBO foi obtido por diversos pesquisadores, e o usualmente mais utilizado e:

K = 0,30 a 0,35 d-1

K = 0,091 + 2,05 * 10 -4 * Ls Ls = Taxa de aplicação superficial

O coeficiente de remoção de DBO (K) pode ser obtido através da seguinte relacao empírica: Para diferentes temperaturas pode ser corrigida através da seguinte equação:

Kt = K20 * θ T-20 θ = coeficiente de temperatura (1,05) K20 = Coef. Remoção a 20º C

Kt = Coeficiente de remoção da DBO em uma temperatura qualquer.

Considera-se T a media do liquido no mês mais frio. Outro parâmetro a ser determinado e o numero de dispersão, que pode ser obtido por:

L = comprimento da lagoa (m) B = largura da lagoa (m) d = numero de dispersão

Valores Usuais

L/B 1 2 a 4 5 a 10 1,0 0,2 a 0,5 0,1 a 0,2

Exercicio:

Calcular a concentração de DBO efluente (C) para uma lagoa com os seguintes dados:

DBO afluente (C0) = 300 mg/l K = 0,15 d-1

Tempo de detenção = 30 dias

Geometria da lagoa = L/B = 2 a) Estimativa do numero de dispersão; b) Calculo da concentração efluente (C) para fluxo disperso; c) Eficiencia na remoção de DBO

Podem ser adotadas mais de uma lagoa, o que garantira maior flexibilidade operacional. As células em serie: maior eficiência que uma lagoa única (menor área de ocupação)

A primeira célula ira trabalhar sobrecarregada, por receber toda a carga afluente.

Células em paralelo: possui a mesma eficiencia que uma única lagoa, mais apresenta maior flexibilidade

ACUMULO DE LODO A taxa de acumulo médio de lodo em lagoas facultativas e de 0,03 a 0,08 m3/hab.ano.

Do lodo acumulado, apenas cerca de 5% e representado pela areia, apesar disso pode ser necessário a remoção de areia, apesar disso pode ser necessário a remoção de areia, já que esta tente a se concentrar próximo as entradas.

A interpretação da cor predominante na lagoa pode esclarecer as condições do seu funcionamento.

Presenca pouco importante de outros microorganismos no efluente; Altos valores de pH e OD;

Lagoa em boas condições.

Crescimento de rotíferos, protozoários ou crustáceos que se alimentam das algas, podendo causar sua destruição em poucos dias. Caso as condições persistam haverá decréscimo de OD e eventual mal cheiro.

Sobrecarga de MO e ou tempo de detenção curto; Fermentacao na camada de lodo incompleta;

A lagoa devera ser posta fora de operação.

A lagoa esta em processo de auto-floculacao decorrente da elevação de pH e da temperatura;

Precipitacao de hidróxidos de magnésio e de cálcio, arrastando consigo algas e outros microorganismos.

Excessiva proliferação de algas azuis;

A floração de certas espécies formam natas que se decompõem facilmente, provocando a exalação de maus odores, reduzindo a penetração de luz e, em conseqüência diminuindo a produção de O2.

Há varias possíveis formas de se melhorar a qualidade do efluente de lagoas, visando principalmente a remoção de S (algas), sendo os mais comuns: filtros de areia intermitente, filtros de pedra, micropeneiras, coagulação e clarificação, flotação entre outros.

Efluentes mais restritivos precisam ser avaliados a aplicação de lagoas ou métodos mais avançados de tratamento.

Utilizacao de água pos causa polemica. EXEMPLOD E DIMENSIONAMENTO

Comentários