2.11. Critérios e modelos de dimensionamento das lagoas
2.11.3. Modelos de remoção de microorganismos patogênicos para
O projeto de lagoas facultativas ou de maturação é baseado nas equações para o decaimento de bactérias fecais, admitindo mortandade de primeira ordem e condições de mistura completa através da lagoa. Assim, a versão apropriada da equação (2.17) passa a ser do tipo:
N
1
^ s . = --- --- (2.32) N a (1 + kb t ) na qual: N0 é o número de CF/l 00 ml do afluente; Ne é o número de CF/100 ml do efluente; kb é a constante de mortandade de CF, em d '1; t é o tempo de detenção, em dias.A constante de primeira ordem de mortandade de coliformes fecais kb, é dependente da temperatura e é estimada com base na função de Arrhenius ou van’t HofF e definida por:
kbT = k 20e (T-20) (2.33)
onde:
kbT é a constante de mortandade de CF a temperatura T, em d'1; k 2o é a constante de mortandade de CF a 20 °C, em d'1;
0 é o coeficiente de reação de temperatura; T é a temperatura média do mês mais frio, em °C.
O valor de kb é sensível à variação de temperatura, contudo, deve-se notar que diferentes valores de 0 são propostos na literatura. Marais (1974) registrou 1,19 para o valor de 0 e, 2,6 d '1 para k 2o. Assim, a equação (2.33) toma a seguinte notação:
k20= 2,6 (1,19)T-20 (2.34)
Segundo Yanez (1993), citado por von Sperling (1996a), o valor de 2,6 d"' para K2o é o mais elevado dos registrados para lagoas de maturação, que varia de 0,5 a 2,6 d'1. Ademais, há evidências de que os valores sejam menores, e mais próximos de 1,0 d '1. Os valores de 0 também variam, segundo a literatura. Para Yanez, o valor de 0 = 1,19 registrado por Marais é superestimado, e os valores de 0 devem estar próximos de 1,07.
Marais (1974), em estudos realizados em tanques sépticos em Lusaka na África do Sul, concluiu que a taxa de mortalidade de bactérias patogênicas em condições anaeróbias é bastante reduzida, constituindo-se o oxigênio dissolvido, presente na lagoa de estabilização, um fator importante para destruição de bactérias.
Tradicionalmente, a configuração mais adequada de um sistema de lagoas de estabilização em série, para remoção de matéria orgânica e bactérias patogênicas, constitui-se de uma anaeróbia,
seguida de uma facultativa e uma ou mais lagoas de maturação, o que vai depender do tamanho do sistema, bem como da qualidade do efluente desejado.
Dessa forma, no que diz respeito à qualidade bacteriológica do efluente, Silva e Mara (1979) apontam o grau de tratamento desejado que irá determinar o número de lagoas de maturação necessário na série, com base na equação a seguir:
N
1
£ Ls- =
---
i---
(
2.
35)
( 1 + M ) fl» ( l + M ) j í * 0 + M l ) * * . l 0 + M 2 ) * » f . 2 • • ■ (<X + k b t n ) m a , . n
Porém, este modelo assume que o valor de k seja igual para todas as lagoas na série e, conseqüentemente, que as taxas de mortandade de CF são as mesmas em cada lagoa para um dado sistema.
Para se ter um efluente de qualidade de bactérias fecais aceitável, reduções da ordem de 99,99- 99,999% são necessárias, e dados experimentais indicam que reduções desta ordem são inatingíveis em uma única lagoa, em virtude do tempo de detenção necessário ser tão grande que a altura da água não se manteria devido à evaporação e infiltração. Contudo, tais reduções podem ser alcançadas com lagoas operando em série (Marais, 1974). O autor ressalta que o volume total de um sistema de lagoas em série pode ser reduzido de 10 a 100 vezes comparado com uma única lagoa e ainda produzir a mesma qualidade bacteriológica no efluente.
Lagoas operando em série deveriam ter diferentes taxas de reação em razão de dependerem dos vários fatores físico-químico e biológico que existem em cada uma (Polprasert e Bhattarai,
1985). Porém, isto contraria a maioria dos modelos. Pearson et al (1987) comentam que as primeiras lagoas em uma série são designadas para remoção da DBO, enquanto que as lagoas de maturação subseqüentes são para a remoção de patógenos.
Lagoas podem ser usadas isoladas ou em combinação com outros processos de tratamento de águas residuárias (Middlebrooks, 1987). Trabalhando em série é possível alcançar um tratamento mais eficiente do que o obtido em modelo clássico (Noüe et al, 1994).
Marais (1974) observou que o melhor efluente é obtido de um sistema de pequenas lagoas em série do que de uma única lagoa, com mesma área, tempo de detenção e carga orgânica. Porém, isto é válido para sistema de lagoas de maturação. Em 1975, Mara endossou esse procedimento, visto que o funcionamento hidráulico desse tipo se assemelha a um reator fluxo em pistão, ou seja, reator de mistura não dispersa, que é comprovadamente de eficiência superior a um de mistura totalmente dispersa. A eficiência de um sistema de lagoas em série aumenta com o número das lagoas, principalmente se conseguirem tempos de detenção iguais em cada unidade. Em 1979, Silva e Mara comprovaram esse comportamento através da demonstração do teorema de Marais. Todavia, Lima (1984) alerta que o teorema de Marais não se confirma na prática, uma vez que a sua demonstração se baseia na constância do valor de k ao longo das lagoas de iguais dimensões, em série.
Em 1993, Yang et al pesquisaram dois tipos de processos para tratamento de dejetos suínos: lagoas em série e lagoa simples. Para o sistema de lagoas em série foram instalados cinco reatores com volume total de 540 litros (108 litros cada reator) e com tempo de detenção total de 13,5 dias. Para a lagoa simples foi instalado um reator com capacidade de 400 litros e com tempo de detenção de 14 dias. As concentrações afluentes (DQOt, DQOs, SST e NTK) eram similares, no entanto, o desempenho baseado na eficiência de remoção do sistema de lagoas simples, foi inferior ao sistema de lagoas em série. Os autores argumentam que isto pode ser devido a curto circuito existente no fluxo do sistema de lagoas simples e à falta de população de bactérias necessária no sistema de lagoa única, principalmente para a baixa eficiência de remoção do NTK no sistema dessa lagoa se comparado com o sistema de lagoas em série. Comentam ainda que a população de bactérias necessária para o processo de nitrificação e desnitrifícação não é propriamente desenvolvida em sistema de uma única lagoa.