Lagoas de estabilização

TECNOLOGIAS DE TRATAMENTO
COMPOSTOS ORGÂNICOS

SECUNDÁRIO

AERÓBIOS ANAERÓBIOS
SUSPENSÃO SUSPENSÃO
! lodos ativados ! UASB
! aeração prolongada
! lagoas aeradas

! LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO
BIOFILMES BIOFILMES
! filtração biológica aeróbia ! filtração anaeróbia

! rotores de contato

Isaac Volschan Jr., D.Sc.
Prof.Adjunto - Depto. de Recursos Hídricos e Meio Ambiente
Escola Politécnica - UFRJ

LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO
- TIPOS E COMBINAÇÕES -

• LAGOAS ANAERÓBIAS +
• LAGOAS FACULTATIVAS LAGOAS FACULTATIVAS

• LAGOAS AERADAS +
• LAGOAS AERADAS LAGOAS DE SEDIMENTAÇÃO

+ LAGOAS DE MATURAÇÃO

- APLICABILIDADE -
CUSTOS DE
EFICIÊNCIA ÁREA POTÊNCIA IMPLANTAÇÃO
(%) (m2) (W/m3) (US$/hab)

DBO N P COLI

• FACULTATIVAS 70-85 30-50 20-60 99 2,0-5,0 0 99

• ANAERÓBIAS 70-90 30-50 20-60 99,9 1,5-3,5 0 99,9
+FACULTATIVAS

• AERADAS 70-90 30-50 20-60 96 0,3-0,6 >2,0 96

• AERADAS +
70-90 30-50 20-60 99 0,2-0,5 >10,0 99
SEDIMENTAÇÃO

VANTAGENS DESVANTAGENS
• C,O&M simplificada • grandes áreas
• custos reduzidos I,O&M • eficiência limitada
• equipamentos mecanizados • remoção de algas
• FACULTATIVAS • variação de cargas • clima
• lodo: 20 anos • vegetação e insetos

• ANAERÓBIAS • idem • idem
+FACULTATIVAS • área < área LF • odor

• área< LF, LA+LF • equipamentos eletromec.
• < dependência clima • > sofisticação
• > remoção • áreas ainda elevadas
• AERADAS • variação de cargas • > consumo energia
• sem odor

• AERADAS +
• idem • lodo: 2-5 anos
SEDIMENTAÇÃO • área< LF, LA+LF, LAER

LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO FACULTATIVAS

BRUTO TRATADO
O2 CO2

ZONA AERÓBIA CO2
NeP

fotossíntese
DBOsol

respiração
bactérias
DBOpart

ZONA FACULTATIVA O2 algas

ZONA ANAERÓBIA CO2 CH4 H2S

• processo contínuo, tempo de detenção elevado
• zonas aeróbia, facultativa e anaeróbia

ZONA AERÓBIA
ZONA FACULTATIVA
ZONA ANAERÓBIA
• zona aeróbia
• estabilização bioquímica M.O.solúvel
• microrgânismos aeróbios: consumo de O2 e produção CO2
• radiação solar: fotossíntese das algas e disponibilidade de O2
• zona facultativa
• consumo O2 > produção O2 , microrgânismos facultativos
• noite: ausência O2

• zona anaeróbia
• sedimentação M.O. particulada + estabilização anaeróbia
• microrgânismos anaeróbios: H2O, CH4 , CO2

ZONA AERÓBIA
ZONA FACULTATIVA
• processo natural ZONA ANAERÓBIA
• não requer equipamentos
• decomposição lenta M.O.
• elevado tempo de detenção
• eficácia da fotossíntese: grande área de exposição
radiação solar
• reator biológico: grande área superficial
• efluente:
• cor esverdeada devido `as algas
• elevado teor O2
• sólidos em suspensão não sedimentáveis

- ALGAS - ZONA AERÓBIA
ZONA FACULTATIVA
ZONA ANAERÓBIA

• 104 - 106 organismos/100 ml = 200 mgSST/l

• algas verdes clorofíceas e algas azuis cianofíceas

• fotossíntese: radiação luminosa x produção M.O

• CO2 + H2O + energia→ M.O. + O2
→

• respiração 24 hs/d: oxidação M.O.
• M.O. + O2 → CO2 + H2O + energia crescimento,
reprodução, locomoção
Prof..Adjunto - Depto. de Recursos Hídricos e Meio Ambiente

FATORES INTERVENIENTES
ZONA AERÓBIA
ZONA FACULTATIVA
ZONA ANAERÓBIA
• produção O2 (15) : oxidação M.O. (1)
• maior quantidade próxima à superfície (50 cm): alta
produção O2
• produção O2 = oxidação M.O. + decomposição aeróbia:
oxipausa
• acima: aerobiose, abaixo: anaerobiose
• variação em 24 hs x fotossíntese: elevação `a noite,
aprofundamento durante o dia

g/s
25C

ZONA AERÓBIA
15C
ZONA FACULTATIVA
ZONA ANAERÓBIA 5C

• radiação solar
• velocidade de fotossíntese
cal/m2.d
• temperatura
• velocidade de fotossíntese
• taxa de decomposição bacteriana
• solubilidade e transferência de gases
• condições de mistura: estratificação térmica

ZONA AERÓBIA
ZONA FACULTATIVA
• condições de mistura
ZONA ANAERÓBIA
• curtos-circuitos hidráulicos
• zonas estagnadas
• DBO, algas e O2: homogeneização vertical
• resuspensão de algas não motoras sedimentáveis
• oxigenação das camadas + profundas
• ventos
• desobstrução do acesso de ventos
• contorno + regular

CRITÉRIOS DE DIMENSIONAMENTO

• critérios empíricos e complementares
• TAXA DE APLICAÇÃO SUPERFICIAL
• área de exposição à luz solar, fotossíntese,
crescimento de algas, produção O2 > consumo O2
• atividade das algas

• TEMPO DE DETENÇÃO
• tempo p/ estabilização bioquímica M.O.
• atividade dos microrgânismos
• GLOYNA

TAXA DE APLICAÇÃO SUPERFICIAL

• Ls= kgDBO/ha.d
• temperatura
• radiação solar: latitude, altitude
• exposição solar

INVERNO INSOLAÇÃO Ls (kgDBO/ha.d)
• quente • elevada • 240-350
• moderado • moderada • 120-240
• frio • baixa • 100-180


TAXA DE APLICAÇÃO SUPERFICIAL

• temperatura média do ar (Mara e Pearson)
• Ls= 50 x 1,072T
• 15°: 142 kgDBO/ha.d
• 20°: 201 kgDBO/ha.d
• 25°: 284 kgDBO/ha.d
• 30°: 403 kgDBO/ha.d
• temperatura média do líquido mês + frio (Mara)
• Ls= 350 x (1,072 - 0,002 x T)T-25
• 15°: 167 kgDBO/ha.d
• 20°: 253 kgDBO/ha.d
• 25°: 350 kgDBO/ha.d
• 30°: 440 kgDBO/ha.d


TEMPO DE DETENÇÃO
• 15 d < td < 45 d
• <td : temperaturas + elevadas

PROFUNDIDADE
• 1,5 m < h < 3,0 m


LAGOAS RASAS = LAGOAS AERÓBIAS

• h < 1,0 m: totalmente aeróbias
• área elevada
• penetração total de luz
• produção maximizada de algas
• decaimento bacteriano
• vegetação emergente: mosquitos
• variação de temperatura, > taxa de decomposição,
anaerobiose


LAGOAS PROFUNDAS

• 1,5 m < h < 3,0 m

• performance mais estável

• qualidade mais uniforme

• armazenamento de lodo

• aeróbia, facultativa, anaeróbia


ESTIMATIVA DA EFICIÊNCIA DO PROCESSO

• remoção DBO: reação de primeira ordem

• taxa de remoção proporcional à concentração do
substrato

• geometria do reator biológico: regime hidráulico

• implicações na performance do processo

• mistura completa < fluxo disperso < fluxo em pistão


MISTURA COMPLETA

So Se

So So

Ssol= So/(1+k.t) Sesol= So/(1+k.t)
S Se
d t
• predominantemente quadrados: L/B=1
• total homogeneização e dispersão
• DBO reator = DBO efluente
• menor eficiência
• sobrecarga e carga tóxica

FLUXO EM PISTÃO
So Se

So
So

Sesol= So. e-k.t Sesol= So. e-k.t
S Se
d t
• predominantemente longitudinais: L/B>5
• sem mistura longitudinal
• > DBO cabeceira: > taxa de remoção
• < DBO final: < taxa de remoção
• maior eficiência

FLUXO DISPERSO

So Se

So So

S Sesol
Se
d t

• regime hidráulico intermediário: maioria dos reatores
• L/B= 2 e 4
• S= So . (4.a . e1/2d)/(1+ a)2 . ea/2d - (1- a)2 . e-a/2d
• a= √ 1 + 4.K.t.d

REMOÇÃO DO SUBSTRATO

K20 = 0,30 - 035 d-1
• KT= K20 . θ T-20

• K20= 0,30 , θ=1,085 (EPA)

• K20= 0,35 , θ=1,05 (Silva e Mara)


REMOÇÃO DO SUBSTRATO

K = 0,132 . logLs - 0,146 (Arceivala)
• Ls=120 kgDBO/ha.d , K=0,128
• Ls=140 kgDBO/ha.d , K=0,137
• Ls=160 kgDBO/ha.d , K=0,145
• Ls=180 kgDBO/ha.d , K=0,152
• Ls=200 kgDBO/ha.d , K=0,158

NÚMERO DE DISPERSÃO DO FLUXO DISPERSO

• d = infinito: mistura completa

• d = zero: fluxo em pistão

• fluxo disperso (Yanes)
d = (L/B)/-0,261 + 0,254 . (L/B) + 1,014 . (L/B)2


MÉTODO DE GLOYNA

• V = (7/200) . Q . La . 1,085 (35-T)

• La: DBO última

• La= DBO5 / (1-10)-K.t

• KT = K20 . 1,035(T-20)

• K20 = 0,1 d-1

ALGAS E DBO SOLÚVEL E PARTICULADA
ZONA AERÓBIA
So Se
ZONA FACULTATIVA
ZONA ANAERÓBIA

• Sototal = (DBOsolúvel + DBOparticulada) afluente
• Setotal = (DBOsolúvel + DBOparticulada) efluente
• SSTefluente: 60 - 90% algas
• 1 mg/l alga: 0,45 mgDBO/l
• 1 mg/l SST efluente: 0,6 . 0,45 mgDBO/l = 0,3 mgDBO/l
0,9. 0,45 mgDBO/l = 0,4 mgDBO/l
• padrões: concentração máxima DBOsol e SST


ACÚMULO DE LODO

• sedimentação de sólidos
• orgânicos: decomposição anaeróbia, água e gases
• minerais (5%) e inorgânicos: acúmulo = lodo
• 0,03 - 0,08 m3/hab.ano (Arceivala)
• 1,5 - 2,3 cm/ano (Silva)
• variação ao longo do ano
• temperatura x decomposição anaeróbia


ASPECTOS CONSTRUTIVOS

• LOCAÇÃO DA LAGOA
• disponibilidade de área
• proximidade do SES e corpo receptor
• vizinhos: 500 m
• cotas de inundação
• topografia e geotecnia: configuração e geometria
• lençol freático, movimentação de terra
• ventos: mistura e homogeneização
• aquisição e custos


• TALUDES
• internos:
• i min= 1(vertical): 3 - 6 (horizontal), arenosos
• i máx= 1(vertical): 2 (horizontal), argilosos
• externos:
• i min= 1(vertical): 5 - 8 (horizontal), arenosos
• i máx= 1(vertical): 2,5 (horizontal), argilosos
• coroamento: 2,0 - 4,0 m, borda livre: > 0,5 m


DIMENSÕES

NA
1 h/2
d h/2

• dimensionamento: dimensões h/2
• comprimento do fundo: comprimento h/2 - d.(h/2)
• comprimento do NA: comprimento h/2 + d.(h/2)
• comprimento na crista: comprimento do NA + d. borda livre
• largura do fundo: largura h/2 - d.(h/2)
• largura do NA: largura h/2 + d.(h/2)

• largura na crista: largura do NA + d. borda livre


• TALUDES
• impermeabilização argila ou concreto
• proteção interna:
• contato NA (ondas), erosão e vegetais
• rip-rap, laje ou placas de concreto, membrana
sintética, asfalto: 0,5/0,5 m
• talude externo gramado: erosão, drenagem
superficial


DISPOSITIVOS DE ENTRADA

• tratamento preliminar

• homogeneização do líquido, evitar curto-circuitos

• distribuição do afluente

• espaçamento de 50 m

• entrada não frontal a saída



• mistura completa: 1/3 L
• fluxo pistão: cabeceira
• submersa: evitar gases
• proteção do fundo: evitar solapamento
• v=0,5 m/s



• extremidade oposta: minimizar curto-circuitos
• sentido predominante dos ventos
• arraste de flutuantes e evitar curto-circuitos
• nível fixo ou variável
• placas defletoras 60 cm (20/40)
• arraste de flutuantes, algas e escuma
• acesso facilitado:medição de vazão, coleta de
amostras, alteração de nível

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