Prof. Benito Piropo Da-Rin

(1)

(2)



Mesmo nome, diferentes processos

(naturezas diferentes, objetivos diversos)

o Lagoas aeradas  Aerada aeróbia  Aerada facultativa o Lagoas anaeróbias o Lagoas de maturação o Lagoas facultativas

(3)

Lagoas aeradas: estabilizar bioquimicamente Mat. Org. por via aeróbia; O₂ suprido totalmente por aeradores

o Aerada aeróbia: sem deposição de sólidos (δ ≥ 6-10 w/m3_{); Variante dos}

LA sem recirculação; O_c = t; X_v=φ(t;S_i); Dimensionamento: modelo dos LA

o Aerada facultativa: potência suficiente p/ O₂, não p/ homogeneizar:

Deposição de sólidos decomposição anaeróbia; ainda variante dos LA

(4)

(5)

(6)



Lagoas anaeróbias: estabilizar Matéria

Orgânica bioquimicamente por via anaeróbia

o Tanque (em geral escavado); conteúdo totalmente

anaeróbio; em geral usada p/ pré-trat/ (baixa Ef.)

o Semelhante a fossa séptica; líquido: estabilização

parcial anaeróbia; Sol. sed lodo dig. anaer;

o Ef= 40-60%DBO (maior no verão) ; H ≥ 3m;

o Dimensionamento: t = 2-6 d; Tc= 0,1-0,3 kgDBO/m3.d o Podem gerar odores (principalmente se operadas com

(7)

Sistemas Australiano

(8)



Lagoas de Maturação (de Polimento):

Objetivo principal não é remover DBO, mas

patogênicos ou sólidos sedimentáveis.

o Sempre usada após outros processos (em geral, lagoas

facultativas ou LA);

o Tratamento terciário ”Polir” efluente

(9)

(10)

(11)



LAGOAS FACULTATIVAS

o

As mais importantes e numerosas

o

Esgoto bruto:

 Parte se deposita no fundo formando uma camada

de lodo que entra em decomposição (estabilização anaeróbia da MO)

 Parte é consumida pela população de organismos

aeróbios em suspensão usando o oxigênio fornecido pelas algas

(12)

(13)



Lagoas Facultativas  Ecossistema



Duas camadas:

o Aeróbia (próxima à superfície):

algas produzem O₂ e consomem CO₂;

bactérias produzem CO₂ e consomem O₂;

o Anaeróbia (junto ao fundo):

recebe sedimentos da camada superior; libera subprodutos para a camada superior

(14)

(15)



Produção de O

₂



Fotossíntese;



Função de:

o Reações fotoquímicas  Energia luminosa

o Reações bioquímicas (enzimas)  Temperatura Logo: Luz e Temperatura podem ser limitantes

(16)

Se sobra luz: algas usam apenas 5% a 7% da energia disponível; Abaixo do ponto de compensação: O₂ suficiente só para algas;

(17)

“Spring turnover”

Liberação de compostos solúveis pelo lodo:

maior no verão (lei de Arrhenius: 10

o

_{C2X >)}

Abaixo de 15

o

_{C inibe atividade anaeróbia}

Conseqüência: lençol de lodo cresce

Primavera: atividade aumenta  grande liberação de

Matéria Orgânica solúvel  sobrecarga

Se muito grande, pode romper o equilíbrio (entrar em

anaerobiose) ou pelo menos reduzir eficiência

(18)

(19)



Efluente contém:

 Matéria orgânica estabilizada  Compostos minerais

 Compostos de N e P  Eutroficação

 Bactérias (maior parte não patogênicas)  e ALGAS !!! (100 a 300 mg/l)

Podem ser um grande inconveniente; se não sobrevivem no CR  MO  DBO (pode ser maior que a do esgoto bruto)

Lagoas facultativas não são eficazes para remover carga orgânica; são conversores de carbono.

(20)

(21)

Fatores intervenientes:

o

Controláveis

o

Parcialmente controláveis

(22)



Não controláveis: climáticos (+ importantes)

o Temperatura:

o Abaixo de 10oC  desfavorável, inibe atividade o Acima de 35oC  desfavorável (algas morrem)

o Insolação  fotossíntese (só durante o dia)

o Duração do período diurno (tabelas; latitude) o Nebulosidade (dados climáticos)

o Evaporação e precipitação (só se afetar t) o Ventos: muito importantes

(23)



Influência dos ventos:

o

Localização:

 Soprar para longe

 “de comprido” (não “de atravessado”)  de jusante para montante

(24)

Regime de mistura: em geral todo o conteúdo se mistura por convecção ao menos uma vez por dia;

o Se não: Estratificação

Térmica (termoclina)

o Algas não dotadas de

motilidade: morrem o Sobram: as móveis (más produtoras de oxigênio; ex: euglena) o Problema principalmente em regiões quentes.

(25)



Fatores Parcialmente controláveis (operação)

o

Características dos esgotos (variação de Q e S

_i

)

o

Presença de compostos inorgânicos

o

Algas:

 carecem de nutrientes

 sensíveis à presença de substâncias tóxicas e inibidoras  (logo: não indicadas para alguns despejos industriais)

(26)



Fatores Controláveis:

o

Forma: preferivelmente retangular, com

comprimento 2 a 3X a largura; se impossivel,

evitar formação de baías e penínsulas;

o

Localização: longe de habitações (+ de 500 m),

à sotavento; protegida por cerca ou muro;

o

Permeabilidade do terreno (preocupação

somente se não puder encher; depois, colmata)

o

Profundidade: de 1,2 m a 2,5 m.

o

Características construtivas.

(27)

Características construtivas:

(28)

(29)

Dispositivos de entrada.

(30)

(31)

Interligações.

(32)

Dispositivos de saída.

(33)



Dimensionamento:

Os fatores intervenientes são muitos e

difíceis de quantificar, o que exige um

exame judicioso da situação e um

projetista experiente;



Critérios de dimensionamento:

o

Empíricos

(34)

Dimensionamento



Taxa de aplicação de DBO:

τ

em kgDBO/ha.d

 Nos EUA:

τ

entre 10 e 60 kgDBO/ha.d

 OMS:

τ

variando entre 10 e 300 kgDBO/ha.d em função

das características climáticas (tabela)

 Chile:

τ

variando de 10 a 260 kgDBO/ha.d em função da

região (Chile é dividido em regiões)

 Brasil:

τ

variando entre 150 e 300 kgDBO/ha.d em função

da localização

τ

i

S Q

(35)

Dimensionamento:

Herman & Gloyna

Derivado da observação de lagoa de laboratório em condições ótimas: T = 35o_{C / t} o = 7 dias / Si = 200 mg/l Aplicabilidade: T= 4 a 35o_{C / H= 0,9 a 2,4m / DBO: próxima de 200mg/L} 0

.t

Q

V

=

(36)

Dimensionamento:

Herman & Gloyna – Correções

Corrigindo DBO afluente e temperatura do líquido:

Efetuando cálculos (V:m3 _{; Q:m}3_{/d; Si:mg/L ; T:}o_C)

Usar: DBO₅ para esgotos pouco concentrados ou decantados; DBO_U para esgotos brutos muito concentrados

) 35 ( 0

.

2 ,

0 .

.

T

S

i T

Q

V

=

θ

− ) 35 ( 2

085 ,

1 .

.

10

5 ,

3 x

Q

S

_i T

V

=

−

(37)

Dimensionamento

Marais & Shaw: Considera lagoa reator completamente misturado (a mistura se dá por convecção pelo menos uma vez ao dia, o tempo de detenção é de diversos dias...)

(38)

Dimensionamento

Marais & Shaw

:

Em um reator

completamente

misturado, o consumo

de substrato é

diretamente

proporcional à

concentração no reator.

(39)

Dimensionamento

Marais & Shaw:

Determinação do valor equivalente de K; Este valor é função apenas das médias das

temperaturas máximas dos meses mais frio e mais quente do ano, disponíveis para

qualquer região do país (Atlas Climatográfico)

(40)

Dimensionamento

Marais & Shaw – Lagoas em série:



A eficiência cresce rapidamente com o aumento do

número de lagoas da série (maior número: melhor)



Entretanto: um número demasiadamente grande

sobrecarrega a primeira lagoa

o Solução: dimensionar a primeira lagoa tão pequena

quanto possível (ou seja: aplicando a carga máxima compatível com condições não anaeróbias) e distribuir o restante da carga pelas demais lagoas da série.

(41)

Dimensionamento

A carga máxima admissível sobre uma lagoa facultativa,

determinada empiricamente por Marais, corresponde a uma concentração de substrato no interior da lagoa (e portanto no

efluente, já que a lagoa é um reator em mistura completa) igual a:

Onde:

H: profundidade (em m)

Smax: concentração de DBO efluente (em mg/L)

8 .

8 ,

1

600

max

=

+

H

S

(42)

Dimensionamento



Marcha de dimensionamento para lagoas em série:

o Arbitrar H (entre 1,2m e 2,5m)

o Determinar o valor equivalente de K o Calcular Smax

o Fazer Smax=S da primeira lagoa, determinar t₁

o Fixar t₂=t₃...=t_n = 3 d (tempo de geração das algas) o Determinar n por tentativas até que S da última lagoa

(43)

Dimensionamento

Correlação da carga superficial

Correlaciona carga aplicada x removida

Obtida de estudos estatísticos em lagoas

existentes

Vantagem: é o que mais se aproxima da realidade Porém...: exige que já existam lagoas na mesma região nas quais se tenha realizado o estudo por um tempo suficientemente longo.

(44)

Dimensionamento

Correlação da carga superficial

Gera equações do tipo: CSr = a + bCSa

Teoricamente: a = 0 (Quando CSa=0, CSr obrigatoriamente è 0)

A existência de valores de “a” diferentes de zero nas correlações deve-se a desvios estatísticos e imprecisões nas determinações.

eFiltrada DBOEfluent S eÑFiltrada TotAfluent DBO S A S Q CSa A S Q A S Q CSr i i i = = = − = . . .

(45)

Dimensionamento

Correlação da carga superficial

A correlação deriva de um balanço de massa considerando a variação da massa de

substrato em um reator em mistura completa operando em regime permanente

V S K S Q S Q dt dS V K X k V S X k S Q S Q dt dS V t Q V t k S S S k X dt dS i a a i i a . . . . 0 ; . . . . . . . ; ) . 1 ( ; . = − = = − − = = + = = CSa b CSr A S Q t K t K A S Q A S Q A t K S Q t K S Q S Q t Q V t K S S i i i i i . . ). . 1 . ( . . / ; . 1 . . . . . . ; . 1 = + = − + = − = + =

(46)

Dimensionamento

Correlação da carga superficial - McGarry & Pescod

Obtida em 143 lagoas primárias nas regiões temperada e sub-tropical;

CSa entre 50 e 500 KgDBO/ha.d; Efic. média.: 72,5% Coef. de correlação: r = 0,995

Correlação McGarry & Pescod CSr = 10,35 + 0,725 CSa 0 50 100 150 200 250 300 350 400 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 Carga Superficial Aplicada (CSa)

Carga Su pe rficia l Re mo vida (CSr)

(47)

Dimensionamento

Correlação da carga superficial - Yanez

Obtida em 8 lagoas primárias e secundárias próximas de Lima, Peru;

CSa entre 200 e 1158 KgDBO/ha.d; / Temp. da água: 20 o_C;

Coef. de correlação: r = 0,9982 Correlação de Yanes CSr = -7,81 + 0,8193 CSa 0 200 400 600 800 1000 1200 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 Carga Superficial Aplicada (CSa)

C ar g a S u p er fi ci al R em o vi d a ( C S r)

(48)

Dimensionamento

Correlação da carga superficial - CETESB

Obtida em 9 lagoas primárias e secundárias no Estado de SP/BR;

CSa entre 75 e 500 (Lag. Prim) e 50 a 320 (Lag. Sec) KgDBO/ha.d Coef. de correlação: / r = 0,976 Lprim / r = 0,9873 LSec

Correlação de Yanes CSr = -7,81 + 0,8193 CSa 0 200 400 600 800 1000 1200 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 Carga Superficial Aplicada (CSa)

C ar g a S u p er fi ci al R em o vi d a ( C S r)

(49)

Dimensionamento

Correlação da carga superficial - Mara & Silva

Obtida em lagoas experimentais na Cidade de Campina Grande, Paraíba;

Correlação de Mara & Silva CSr = 2 + 0,79 CSa 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 Carga Superficial Aplicada (CSa)

C a rga S upe rf ic ia l R e m ov ida ( C S r)

(50)

Dimensionamento

Carga máxima aplicável:

Valor acima do qual a lagoa corre o risco de se tornar

completamente anaeróbia

(51)

Dimensionamento

Carga máxima aplicável - McGarry & Pescod

Obtida em função da temperatura média mensal do ar em o_C

d

ha

KgDBO

x

(52)

Dimensionamento

Carga máxima aplicável - YANEZ

Obtida em função da temperatura média mensal da água em o_C)

O valor 357,4 kgDBO/ha.d (que, para 20 o_{C corresponde à carga} a partir da qual prevalecem as condições anaeróbias) foi obtido considerando que acima desta carga a concentração de N-NH₃ no efluente é maior que no afluente, indicando predomínio da atividade anaeróbia.

d

ha

KgDBO

x

CSa

_max

=

357 ,

8

1 ,

085

(T −20)

/

.

(53)

Dimensionamento

Carga máxima aplicável – Valores empíricos

CETESB: cargas máx. recomendadas para o Estado de SP  Lagoas Primárias: CSa_max = 250 KgDBO/ha.d

 Lagoas Secundárias: CSa_max = 150 KgDBO/ha.d

Mara & Silva: carga máx. recomendada p/ a região NE  CSa_max = 400 KgDBO/ha.d

(54)