Eficiência de um sistema de lagoas de estabilização em série no tratamento de esgotos domésticos no Nordeste do Brasil.

MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO E CULTURA

UNIVERSIDADE FEDERAL DA PARAÍBA

CENTRO DE CIÊNCIAS E TECNOLOGIA

COORDENAÇÃO BE POS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA C I V I L

EFICIÊNCIA DE UM SISTEMA DE LAGOAS DE ESTABILIZA

ÇÃO EM SÉRIE NO TRATAMENTO BE ESGOTOS DOMÉSTICOS

NO NORDESTE DO BRASIL

p o r

C e l s o L u i z P i a t t i Neto

CAMPINA GRANDE, PARAÍBA

JULHO - 19 81

Chega-te a s a b e d o r i a , como o que

l a v r a e semeia, e e s p e r a era paz

p e l o s seus e x c e l e n t e s f r u t o s .

EFICIÊNCIA DE UM SISTEMA DE LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO EM SÉRIE NO TRATAMENTO DE ESGOTOS DOMÉSTICOS NO "NORDESTE DO BRASIL

CELSO LUIZ P I A T T I NETO' E n g e n h e i r o C i v i l

DISSERTAÇÃO SUBMETIDA AO CORPO DOCENTE DA COORDENAÇÃO DOS PRO GRAMAS DE POS-GRADUAÇÃO E PESQUISA DO CENTRO DE CIÊNCIAS E T E Ç NOLOGIA DA UNIVERSIDADE FEDERAL DA PARAÍBA, COMO PARTE DOS . RE QUISITOS NECESSÁRIOS PARA OBTENÇÃO DO GRAU DE MESTRE EM ClEN CIAS ( M . S c . )

-A p r o v a d o p o r :

COMISSÃO

P r o f . SALOMÃO ANSELMO SILVA

' r e s i d e n t e - A m > v 4 p &

<rrT "

Pro£< ADIANUS CORNÉLIUS VAN^HAANDEL

P r o f . MÁRCIO BARBOSA CALLADO

O CAMPINA GRANDE

ESTADO DA PARAÍBA - BRASIL AGOSTO - 1 9 8 1

OFERECIMENTO

A meus p a i s , C a r l o s e E u n i c e ,

e a meus irmãos, E d u a r d o , S y l v i a , B e t o , Tânia, P a u l o , Ana

i v AGRADECIMENTOS Ao p r o f . S a l o m a o A n s e l m o S i l v a , q u e e m p r e e n d e u a o r i e n t a ção d e s t e t r a b a l h o . Ao p r o f . D a v i d D u n c a n M a r a , a quem meu a t u a l c o n h e c i m e n t o s o b r e l a g o a s de estabilização m u i t o d e v e e q u e c o n t r i b u i u v a l i o sãmente na estruturação d e s t e t r a b a l h o .

A t o d o s os meus e x - c o l e g a s d e t r a b a l h o na EXTRABES, aos q u a i s m u i t o d e v o .

Os a g r a d e c i m e n t o s são e x t e n s i v o s também ãs e n t i d a d e s se g u i n t e s , q u e g e n e r o s a m e n t e a j u d a r a m a p a t r o c i n a r e s t e t r a b a l h o :

C o m p a n h i a de Água e E s g o t o s da Paraíba - CAGEPA

Superintendência do D e s e n v o l v i m e n t o do N o r d e s t e - SUDENE Banco N a c i o n a l de D e s e n v o l v i m e n t o Económico ~ BNDE

C a n a d i a n I n t e r n a t i o n a l D e v e l o p m e n t A g e n c y - CIDA F i n a n c i a d o r a de E s t u d o s e P r o j e t o s - FINEP.

V R E S U M O N e s t e t r a b a l h o a p r e s e n t a m o s e d i s c u t i m o s os r e s u l t a d o s ob t i d o s , d u r a n t e o período c o m p r e e n d i d o e n t r e março/1977 e m a i o / 1 9 7 9 , com um s i s t e m a p i l o t o de c i n c o l a g o a s de estabilização em s e r i e , a l i m e n t a d o c o n t i n u a m e n t e cora o e s g o t o d o m e s t i c o de Carapi_ n a G r a n d e , construído na Estação E x p e r i m e n t a l de T r a t a m e n t o s Biológicos de E s g o t o s Sanitários - EXTRABES, da U n i v e r s i d a d e Fe d e r a l da Paraíba - UFPb.

E s t e s i s t e m a f o i d i m e n s i o n a d o s e g u n d o parâmetros que p r o p r o c i o n a r a m a c a d a l a g o a um tempo de detenção hidráulico e n t r e

5 - 7 d i a s .

V e r i f i c a m o s q u e e s t e s i s t e m a f o i c a p a z de r e d u z i r a nB G5

de 300 m g / l p a r a menos de 25 m g / l , e, o que e m a i s i m p o r t a n t e ,

y

f o i c a p a z de r e d u z i r o n u m e r o de Coliformes f e c a i s de 4,01x10 /lOOml p a r a menos de 100/100 m l , q u e ê o padrão da Organização M u n d i a l de Saúde - OMS p a r a irrigação i r r e s t r i t a ( 1 5 ) .

A eficiência do s i s t e m a f o i c o m p a r a d a com a q u e l a d e s c r i t a na p r o p o s t a de p r o j e t o p a r a l a g o a s de estabilização em c l i m a s q u e n t e s , a p r e s e n t a d a p o r M a r a ( 8 ) no relatório técnico p u b l i c a do em a b r i l de 1 9 7 5 . Os r e s u l t a d o s o b t i d o s nos l e v a m a c o n c l u i r que e s t a p r o p o s t a de p r o j e t o f o i s u b s t a n c i a l m e n t e v e r i f i c a d a .

O m o d e l o cinético p a r a redução de bactérias f e c a i s em l a goas de estabilização a p r e s e n t a d o p o r M a r a i s $ Shaw ( 1 0 ) , p o s t e r i o r m e n t e c o m p l e t a d o p o r M a r a i s ( 1 1 ) ( 1 ) ( 1 2 ) , e r e s u m i d a m e n t e m o s t r a d o , e os r e s u l t a d o s o b t i d o s são u t i l i z a d o s na verificação

da evidência e x p e r i m e n t a l d e s t e m o d e l o . P a r a a s e r i e c o m p l e t a

de l a g o a s , v e r i f i c a m o s que os v a l o r e s de K = 2,33 d i a -1 (compa

v i

K = 2,73 d i a *, r e s p e c t i v a m e n t e p a r a C o l i f o r m e s f e c a i s e Es_ t r e p t o c o c o s f e c a i s , nos o f e r e c e m as m e l h o r e s correlações e x p e r i _ m e n t a i s .

Através d a caracterização da eficiência, f o r n e c e m o s ele-m e n t o s n o v o s , os q u a i s e s p e r a ele-m o s q u e c o n t r i b u a ele-m p a r a que as l a g o a s de estabilização em s e r i e no B r a s i l s e j a m tão e f i c i e n t e s e económicas q u a n t o possível. Sabemos q u e , p a r a i s t o , é n e c e s s a r i o p r o p o r c i o n a r , de a c o r d o com os m e i o s disponíveis no l o c a l , t o d o s a q u e l e s f a t o r e s que e x e r c e m influência favorável no de sempenho d e s t a s l a g o a s .

v i i A B S T R A C T I n t h i s w o r k we p r e s e n t a n d d i s c u s s t h e r e s u l t s o b t a i n e d d u r i n g t h e p e r i o d M a r c h 1977 t h r o u g h May 1979 f r o m a s e r i e s o£ f i v e p i l o t s c a l e s t a b i l i z a t i o n p o n d s , each' h a v i n g a r e t e n t i o n t i m e o f 5 d a y s - 7 d a y s . The p o n d s w e r e c o n t i n u o u s l y l o a d e d w i t h d o m e s t i c sewage o£ t h e c i t y o f C a m p i n a G r a n d e a n d w e r e çonstruc t e d a t t h e Sewage T r e a t m e n t E x p e r i m e n t S t a t i o n - EXTRABES o f t h e F e d e r a l U n i v e r s i t y o f Paraíba - UFPb.

The r e s u l t s shaw t h a t t h i s s y s t e m r e d u c e d t h e DBO^ f r o m 300 m g / l t o l e s s t h a n 25 m g / l a n d , m o r e i m p o r t a n t l y , r e d u c e d the f a e c a l c o l i f o r m c o u n t f r o m 4 , 6 1 x l 07/ 1 0 0 m l t o l e s s thán 100/100 ml w h i c h i s t h e W o r l d H e a l t h O r g a n i z a t i o n (WHO) s t a n d a r d f o r u n r e s t r i c t e d i r r i g a t i o n ( 1 5 ) . The e x p e r i m e n t a l e f f i c i e n c y o f t h e s y s t e m was c o m p a r e d w i t h t h a t d e s c r i b e d i n a p r o p o s e d d e s i g n f o r o x i d a t i o n p o n d s i n h o t c l i m a t e s p r e s e n t e d b y M a r a ( S ) , I t may b e c o n c l u d e d t h a t t h i s p r o p o s e d d e s i g n p r o c e d u r e was s u b s t a n t i a l l y v e r i f i e d . The k i n e t i c m o d e l f o r t h e r e d u c t i o n o f f a e c a l bactéria i n s t a b i l i z a t i o n p o n d s p r e s e n t e d b y M a r a i s § Shaw ( 1 0 ) , a n d l a t e r e x t e n d e d b y M a r a i s ( 1 1 ) ( 1 ) ( 1 2 ) , i s "resumed. E x p e r i m e n t a l e v i _ d e n c e i s s u b m i t t e d t o c o n f i r m t h e a p p l i c a t i o n o f t h e t h e o r y t o N o r t h e a s t B r a z i l c o n d i t i o n s . T h e b e s t c o r r e l a t i o n b e t w e e n e x p e r i m e n t a l a n d t h e o r e t i c a l d a t a was o b t a i n e d f o r K = 2,33 d a y ~ ^ " f o r f a e c a l c o l i f o r m ( c o m p a r e d t o K = 2,-0 d a y " ^ s u g g e s t e d b y M a r a i s ( 1 2 ) ) a n d K = 2,73 day"***" f o r f a e c a l s t r e p t o c o c c u s . By c h a r a c t e r i z i n g t h e e f f i c i e n c y , new e l e m e n t s . a r e o f f e r e d , t h a t may c o n t r i b u t e t o t h e o p t i m i z a t i o n o f s e r i e s s t a b i l i z a t i o n p o n d s s y s t e m s d e s i g n i n B r a z i l . To t h i s e f f e c t i s n e c e s s a r y t o

v i i i

p r o v i d e , d e p e n d i n g on t h e l o c a l l y a v a i l a b l e means, a l i t h o s e f a c t o r s t h a t h a v e an f a v o r a b l e i n f l u e n c e o n t h e p e r f o r m a n c e o f t h e s e p o n d s .

S U M Á R I O P a g i n a CAPÍTULO I - INTRODUÇÃO 0 1 1 . TIPOS DE LAGOAS 0 1 1 . 1 . U n i d a d e s Anaeróbias de Pré-Tratamento 02 1.2. L a g o a s F a c u l t a t i v a s 02 1.3. L a g o a s de A l t a - T a x a de Degradação - 03 1.4. L a g o a s de Maturação 0 3 1.5. L a g o a s M e c a n i a m e n t e A s s i s t i d a s 04 1.6. L a g o a s A e r a d a s 04

2. VANTAGENS DAS LAGOAS 05

3. EXPERIÊNCIA BRASILEIRA SOBRE LAGOAS 08

4. OBJETIVOS DO TRABALHO 12

CAPÍTULO I I - REVISÃO DE LITERATURA 20

1 . A TEORIA 23 1 . 1 . E s t a d o de Equilíbrio n a s "Lagoas I n d i v i d u a i s 25 1.2. Operação em S e r i e 27 1.3. V o l u m e s R e l a t i v o s em S e r i e 27 1.4. R e a t o r e s de C a r g a Não-Dispersa ("Plug-Flow") 28 1.5. Relação e n t r e L a g o a I n d i v i d u a l , Série de L a g o a s e Condições de C a r g a Não - D i s p e r s a ( " P l u g - F l o w " ) 28 1-6. L a g o a s em S e r i e e L a g o a I n d i v i d u a l 3 1 1.7. Evidência E x p e r i m e n t a l 32

P a g i n a

2. PROJETOS MODERNOS DE LAGOAS DE MATURAÇÃO 34 2 . 1 . Redução da Concentração de DBO 5 - d i a s n a s

L a g o a s de Maturação 34 2.2. Redução da Concentração de Bactérias Fe

c a i s n a s L a g o a s de Maturação 36 2.3. P r o f u n d i d a d e das L a g o a s de Maturação 37

2.4. Padrões de E f l u e n t e s 37

3. 0 PROBLEMA DA DBO DO EFLUENTE DAS LAGOAS DE MA

TURAÇÃO 38 4. REUTILIZAÇÃO DE EFLUENTES 40

4 . 1 . A q u a c u l t u r a 40 4.2. Re-uso n a A g r i c u l t u r a 42

CAPITULO I I I - MATERIAIS E MÉTODOS 44

1 . O SISTEMA PILOTO DE LAGOAS - ALIMENTAÇÃO 44

2. COLETA DE AMOSTRAS PROCEDIMENTO DE ANALISE

-INSTRUMENTAÇÃO 4 5

CAPÍTULO I V - RESULTADOS EXPERIMENTAIS 5 1

CAPÍTULO V - DISCUSSÃO 72

1 . EFICIÊNCIA DO SISTEMA 72

2. VERIFICAÇÃO EXPERIMENTAL DA TEORIA DE MARAIS § SHAW ( 1 0 ) QUANDO APLICADA A CONCENTRAÇÃO DE BACTÉRIAS FECAIS 7 7

3. TRATAMENTO TERCIÁRIO 78

4. FATORES INDESEJÁVEIS 84

CAPÍTULO V I - CONCLUSÕES 86

CAPÍTULO I

I N T R O D U Ç Ã O

No p r e s e n t e capítulo d e s c r e v e m o s s u m a r i a m e n t e os p r i n c i . p a i s t i p o s e s u b - t i p o s de l a g o a s de estabilização a p r e s e n t a n d o

as características i m p o r t a n t e s que o s d i s t i n g u e m e n t r e s i , mos_ t r a m o s as p r i n c i p a i s v a n t a g e n s g e r a i s das l a g o a s de e s t a b i l i z a ção, a l g o da experiência b r a s i l e i r a s o b r e l a g o a s e f i n a l i z a m o s com os o b j e t i v o s d e s t e t r a b a l h o .

1 . TIPOS DE LAGOAS

L a g o a s de estabilização podem s e r d e f i n i d a s como g r a n d e s l a g o s r a s o s f e c h a d o s p o r t a l u d e s de t e r r a n o s q u a i s p r o c e s s a s i n t e i r a m e n t e n a t u r a i s sob condições p a r c i a l m e n t e c o n t r o l a d a s a c o n t e c e m p a r a a redução d a matéria orgânica e a destruição dos o r g a n i s m o s patogênicos p r e s e n t e s n a s a g u a s residuárias.

Se imaginássemos uma e s c a d a de c o n t r o l e p a r a o s p r o c e s s o s de degradação biológica, as l a g o a s de estabilização s e s i _ t u a r i a m no p r i m e i r o d e g r a u d e s t a e s c a d a . No último d e g r a u e s t a r i a m p r o c e s s o s t a i s como l o d o s a t i v a d o s , digestão anaeróbia t e r mofílica à c o m p l e t a - m i s t u r a e t c , nos q u a i s o m e i o e os f a t o r e s

físicos que i n f l u e m no p r o c e s s o , são q u a s e c o m p l e t a m e n t e c o n t r o " l a d o s . N o r m a l m e n t e , nas l a g o a s de estabilização s o m e n t e f a t o r e s físicos t a i s como a p r o f u n d i d a d e e a c a r g a podem s e r c o n t r o l a dos em c e r t o g r a u .

A n o m e n c l a t u r a das l a g o a s de estabilização c c o n f u s a . Pa r a nosso propósito u s a r e m o s o t e r m o " l a g o a de estabilização" co

02 mo nome g e r a l p a r a t o d o s o s * t i p o s de l a g o a s . C o n f o r m e M a r a i s ( 1 ) , as l a g o a s de estabilização podem s e r s u b d i v i d i d a s n o s s e g u i n t e s t i p o s : 1.1 - U n i d a d e s Anaeróbias de P i r e - t r a t a m e n t o E s t a sub-divisão i n c l u i as l a g o a s anaeróbias, os t a n q u e s sépticos, as p r i v a d a s de fermentação e os t a n q u e s de p r e - t r a t a m e n t o . As l a g o a s anaeróbias são a q u e l a s q u e têm s u a massa lí_ q u i d a anaeróbia. As d e m a i s u n i d a d e s d i f e r e m das l a g o a s a n a e r o b i a s s o m e n t e p o r a p r e s e n t a r e m uma c o b e r t u r a a r t i f i c i a l p r e v i s _ t a p a r a g u a r d a r a massa líquida anaeróbia do c o n t a t o com a at. m o s f e r a , s e n d o o m e i o físico e a ação de degradação idênticos

aos das l a g o a s anaeróbias.

E x i s t e um s u b - t i p o : as l a g o a s anaeróbias- com uma camada aerÓbia n a superfície. E s t a camada a e r o b i a e c o n s i d e r a d a p a r a r e d u z i r o d e s e n v o l v i m e n t o de o d o r e s .

T o d a s as u n i d a d e s anaeróbias de prê-tratamento têm uma c a racterística em comum: s e u s e f l u e n t e s r e q u e r e m t r a t a m e n t o ad_i c i o n a l . 1.2 - L a g o a s F a c u l t a t i v a s Uma l a g o a f a c u l t a t i v a p o d e s e r d e f i n i d a como a q u e l a n a q u a l a ) o m e i o líquido d a l a g o a e e s t a b i l i z a d o a e r o b i a - anaeró b i a m e n t e e a m a i o r p a r t e do oxigénio necessário p a r a a e s t a b i _

lizaçao a e r o b i a 5 f o r n e c i d a p e l a fotossíntese das a l g a s ;

b ) o l o d o no f u n d o da l a g o a ê e s t a b i l i z a d o a n a e r o b i a m e n t e . Nas l a g o a s f a c u l t a t i v a s condições de a l t a radiação e ba.1 xa v e l o c i d a d e do v e n t o forçam o s u r g i m e n t o de estratificação t e r m i c a do m e i o líquido da l a g o a . As camadas s u p e r i o r e s são a q u c c i _ das t e n d o s u a d e n s i d a d e r e d u z i d a e, em consequência, i m p e d i n d o s u a m i s t u r a com as camadas do f u n d o d a l a g o a . O oxigénio é e n

tão g e r a d o s o m e n t e a c i m a d a p r o f u n d i d a d e que a radiação pode pe n e t r a r . I s t o f a z com q u e as camadas da superfície d a l a g o a s e

03 j a m n o r m a l m e n t e aeróbias a m a i o r p a r t e do t e m p o , e n q u a n t o as ca madas do f u n d o permanecem p r e d o m i n a n t e m e n t e anaeróbias. A p e r sistência d e s t a condição a f e t a a d v e r s a m e n t e o c r e s c i m e n t o d a s a l g a s e r e d u z a c a p a c i d a d e de reoxigenação d a l a g o a . Onde a v e l o c i d a d e do v e n t o ê s u f i c i e n t e m e n t e a l t a , a m i s t u r a das camadas da l a g o a o c o r r e p e r i o d i c a m e n t e a l t e r n a n d o condições de m i s t u r a e estratificação. 0 período de m i s t u r a p r o m o v e o c r e s c i m e n t o das a l g a s e d i s t r i b u i o oxigénio p o r t o d a a l a g o a . A s s i m , p o r c a u s a do m e i o aeróbío e anaeróbio a l t e r n a d o , somente.*prganísmos f a c u l t a t i v o s podem s u b s i s t i r n a massa líquida da l a g o a .

As condições de q u i e t u d e n o r m a l m e n t e e n c o n t r a d a s n a s cama das s u p e r i o r e s d a l a g o a promovem a sedimentação de m a t e r i a l o r g a n i c o d a n d o o r i g e m a uma camada de l o d o d i s t i n t a no f u n d o da l a g o a . A massa i n t e r n a d e s t a camada de l o d o é p e r m a n e n t e m e n t e anaeróbia e os o r g a n i s m o s que a i se d e s e n v o l v e m , são p r e d o m i n a n t e m e n t e anaeróbios obrigatórios.

1.3 - L a g o a s de A l t a - t a x a de Degradação

N e s t a s l a g o a s p r o f u n d i d a d e s r e d u z i d a s p e r m i t e m a radiação p e n e t r a r através de t o d a a massa líquida p r o m o v e n d o o desenvoJL v i m e n t o de g r a n d e s concentrações de a l g a s , s u a ação fotossínté

t i c a m a n t e n d o a e r o b i a t o d a a l a g o a . T o d o o conteúdo da l a g o a p r e c i s a s e r p e r i o d i c a m e n t e m i s t u r a d o v a r i a s v e z e s p o r d i a , i n c l u i n d o o m a t e r i a l s e d i m e n t a d o . A s s i m , a poluição orgânica é " s u b s t a n c i a l m e n t e c o n v e r t i d a em m a t e r i a l c e l u l a r d a s a l g a s , as q u a i s p r e c i s a m s e r s e p a r a d a s do líquido, s e o conteúdo orgãni co do e f l u e n t e d e v a s e r r e d u z i d o . São l a g o a s q u e r e q u e r e m c o n t r o l e p e r m a n e n t e . 1.4 - L a g o a s de Maturação E s t a s l a g o a s t r a t a m os e f l u e n t e s d a s estações de t r a t a m e n t o c o n v e n c i o n a i s e d a s l a g o a s f a c u l t a t i v a s nos s i s t e m a s de l a g o a s em s e r i e . E l a s s e r v e m p a r a " p o l i r " ou " m a t u r a r " o e f l u e n t e r e d u z i n d o os sólidos sedimentáveis e os o r g a n i s m o s f e c a i s . DBO

04 e amónia são também r e d u z i d a s , mas s o m e n t e em p e q u e n a extensão.

1.5 - L a g o a s M e c a n i c a m e n t e A s s i s t i d a s

E x i s t e m d o i s s u b - t i p o s : com r e c i r c u l a c a o i n t r a - l a g o a e com r e c i r c u l a c a o i n t e r - l a g o a . No p r i m e i r o s u b - t i p o o próprio lí q u i d o da l a g o a e r e c i r c u l a d o . A r e c i r c u l a c a o p o d e então t e r duas f i n a l i d a d e s :

a ) A j u d a r a reaeraçao do líquido d a l a g o a - o líquido r e c i r c u l a d o é d e s p e j a d o numa c a l h a p o r o n d e g r a v i t a e n o v a m e n t e r e t o r n a ã l a g o a . Se alguém c a l c u l a r a demanda diária de o x i g e n i o de uma l a g o a , t o r n a - s e e v i d e n t e m e n t e c l a r o q u e a r e c i r c u l a ção não poderá s u p r i r t o d o o oxigénio necessário, s a l v o s e g r a n d e s t a x a s de r e c i r c u l a c a o f o r e m u s a d a s .

b ) A j u d a r a e l i m i n a r a estratificação na. l a g o a e i n d u z i r m e l h o r e s condições de m i s t u r a ~ uma a d e q u a d a m i s t u r a d u r a n t e as h o r a s do d i a f a z com que as a l g a s não-motoras cresçam em c o n c e n

tração a u m e n t a n d o a produção de oxigénio necessário p o r f o t o s síntese. A r e c i r c u l a c a o i n t r a - l a g o a p r o m e t e m u i t o como um m e i o c a p a z de a u m e n t a r a c a p a c i d a d e de c a r g a das l a g o a s f a c u l t a t i v a s . Na r e c i r c u l a c a o i n t e r - l a g o a o líquido da l a g o a s e c u n d a r i a na série ê r e c i r c u l a d o p a r a a l a g o a primária. I s t o a j u d a a p r o mover a m i s t u r a na l a g o a p r i m a r i a , mas o p r i n c i p a l o b j e t i v o é o de r e d u z i r a c a r g a orgânica na l a g o a primária t r a n s f e r i n d o uma p a r t e d a mesma, da l a g o a p r i m a r i a p a r a a secundária. N o s s i s

t e m a s onde a l a g o a primária é anaeróbia, a r e c i r c u l a c a o i n t e r -l a g o a é p r i n c i p a -l m e n t e u s a d a p a r a r e d u z i r ou e -l i m i n a r c o m p -l e t a mente o d e s e n v o l v i m e n t o de o d o r e s . A s s i s t i n d o m e c a n i c a m e n t e as l a g o a s , s u b i m o s m a i s um de g r a u n a e s c a d a de c o n t r o l e , n e s t e c a s o m e l h o r a n d o a r t i f i c i a l m e n t e uma condição ( m i s t u r a ) q u e a l g u m a s v e z e s e n a t u r a l m e n t e de f i c i e n t c . 1.6 - L a g o a s A e r a d a s Numa l a g o a a c r a d a , p o t e n c i a l m e n t e t o d o o oxigénio p a r a a

05 estabilização a e r o b i a 5 f o r n e c i d o p o r aeração mecânica s u p e r f i c i a i o u aeração p o r b o l h a s de a r - Se a e n e r g i a i n f l u e n t e d u r a n t e a aeração e s u f i c i e n t e m e n t e a l t a , t o d o s os sólidos s e d i m e n t a y e i s n a l a g o a são m a n t i d o s em suspensão e o c r e s c i m e n t o d a s a l gas e a u s e n t e o u g r a n d e m e n t e r e d u z i d o d e v i d o â agitação v i o l e n t a do líquido e â a l t a . t u r b i d e z . P o r o u t r o l a d o , s e r e d u z i r m o s a e n e r g i a i n f l u e n t e , a agitação a g o r a p o d e s e r i n s u f i c i e n t e pa r a m a n t e r t o d o s os sólidos sedimentáveis em suspensão e f o r m a -se então uma camada de l o d o no f u n d o d a l a g o a , a q u a l s e decom põe a n a e r o b i a m e n t e como numa l a g o a f a c u l t a t i v a .

As l a g o a s a e r a d a s r e p r e s e n t a m o u t r o d e g r a u a c i m a n a e s c a da de c o n t r o l e . N e l a d i s p e n s a - s e c o m p l e t a m e n t e o p r o c e s s o n a t u r a l de a b a s t e c i m e n t o de oxigénio p e l a s a l g a s e a l a g o a t o r n a - s e p e r m a n e n t e m e n t e d e p e n d e n t e do oxigénio i n t r o d u z i d o p o r m e i o s a r t i f i c i a i s .

2. VANTAGENS DAS LAGOAS

De a c o r d o com M a r a ( 2 ) , a n a l i s a n d o os p r o c e s s o s c o n v e n c i o n a i s de t r a t a m e n t o d e e s g o t o s , v e r i f i c a m o s q u e e x i s t e m . três p r i n c i p a i s razões p e l a s q u a i s e s t e s p r o c e s s o s r a r a m e n t e são a d e q u a d o s p a r a n o s s a s condições l o c a i s , q u a i s s e j a m : a) C u s t o - s e c o m p a r a d o com o u t r o s p r o c e s s o s , o t r a t a m e n t o c o n v e n c i o n a l é m u i t o c a r o t a n t o em t e r m o s d e c u s t o d e cap_i t a l como d e c u s t o de operação ( v i d e t a b e l a 1 . 1 ) ; b ) Manutenção - o t r a t a m e n t o c o n v e n c i o n a l r e q u e r g r a n d e q u a n t i d a d e de e q u i p a m e n t o s e l e t r o - m e c a n i c o s , os q u a i s p r e c i s a m s e r m a n t i d o s cm p e r f e i t a s condições p a r a q u e a instalação f u n c l o n e s a t i s f a t o r i a m e n t e ; c ) 0 p r o c e s s o era s i - o t r a t a m e n t o c o n v e n c i o n a l e p r o j e t a do p a r a a redução de matéria orgânica p r e s e n t e n a s águas r e s _ i duãrias n o i n t u i t o de p r o t e g e r a poluição d o s c o r p o s r e c e p t o r e s , mas não é e f i c i e n t e n a destruição de p a t o g e n i c o s f e c a i s , o que p a r a n o s p a r e c e s e r c o n s i d e r a v e l m e n t e m a i s i m p o r t a n t e q u e a remoção d a DBO. A d e m a i s , o t r a t a m e n t o do i o d o Ó difícil e c a r o , c o n t r i b u i n d o cm a t e 40% do c u s t o t o t a l do t r a t a m e n t o .

06 Ao c o n t r a r i o d o s p r o c e s s o s c o n v e n c i o n a i s de t r a t a m e n t o , as l a g o a s de estabilização são um p r o c e s s o q u e , além de a t e n d e r a d e q u a d a m e n t e a o s r e q u i s i t o s de o r d e m técnica, m o s t r a m q u e bem se a d a p t a m ãs n o s s a s condições climáticas e económicas. A p r i n c i p a l d e s v a n t a g e m "das l a g o a s de estabilização e q u e r e q u e r e m m a i o r e s áreas de t e r r a .que o u t r o s p r o c e s s o s de t r a t a m e n t o . No e n t a n t o , p a r a n o s i s t o r a r a m e n t e é uma d e s v a n t a g e m i m p o r t a n t e , uma'vez que t e m o s m u i t a t e r r a disponível a c u s t o r e l a t i v a m e n t e b a i x o .

M a r a ( 3 ) c i t a e n t r e as v a n t a g e n s g e r a i s d a s l a g o a s de es

tabilização:

1 - P o d e r alcançar q u a l q u e r g r a u de purificação, ao m a i s b a i x o c u s t o e com mínima manutenção p o r o p e r a d o r e s e s p e c i a l i z a d o s .

A t a b e l a 1.1 m o s t r a f a i x a s de c u s t o a n u a l ( c u s t o de manu tenção + c u s t o de c a p i t a l a m o r t i z a d o a 6 1 a.a. em 20 a n o s ) p a r a vários métodos de t r a t a m e n t o na índia: as l a g o a s de e s t a b i l i z a ção são c l a r a m e n t e a m a i s b a r a t a f o r m a de t r a t a m e n t o . A m a n u t e n ção r e q u e r i d a p e l a s l a g o a s é mínima: a p a r a r r e g u l a r m e n t e a v e g e tacão dos t a l u d e s e r e m o v e r escumas f l u t u a n t e s na superfície d a l a g o a .

2 - A remoção de patogenícos é c o n s i d e r a v e l m e n t e maior que

nos outros métodos de t r a t a m e n t o de e s g o t o s .

O e f l u e n t e de uma s e r i e de três l a g o a s u s u a l m e n t e contém <*5 000 CF/100 m l , e n q u a n t o o e f l u e n t e f i n a l de uma estação c o n

v e n c i o n a l ( e f l u e n t e de um t a n q u e de húmus) c o n t e m c e r c a de 5 0 0 0 000 CF/100 m l . C i s t o s e o v o s de p a r a s i t a s i n t e s t i n a i s c o mumente p r e s e n t e s n o s e f l u e n t e s c o n v e n c i o n a i s não são e n c o n t r a

-dos nos e f l u e n t e s das l a g o a s de maturação. F e l i z m e n t e , o h a b i t a t na l a g o a é i n a d e q u a d o p a r a o c r e s c i m e n t o de c a r a m u j o s h o s p e d c i _ r o s de v e r m e s p a r a s i t a s t a i s como o "Schístosoma s p p . " e " C i o n o r c h a s i n e n s i s " .

3 - São c a p a z e s de s u p o r t a r c a r g a s de c h o q u e orgânicas ou hidráulicas.

Períodos de detenção l o n g o s ( 2 0 - 3 0 d i a s nas l a g o a s f a e u l t a t i v a s t r a t a n d o e s g o t o b r u t o ) g a r a n t e m s e m p r e diluição s u f i c i _

07 T a b e l a 1,1 - F a i x a s cie c u s t o a n u a l p a r a d i f e r e n t e s p r o c e s s o s de t r a t a m e n t o de e s g o t o s n a índia ( v a l o r e s de 19 70 i n c l u i n d o a amortização do c a p i t a l em 20 a n o s a j u r o s de 6% a.a.) P r o c e s s o C u s t o A n u a l ( r u p i a s / c a p i t a ) Lagoas de estabilização 0,9 a 2,3 L a g o a s a e r a d a s a 4,S V a l o s de Oxidação 3,8 a 6,0 T r a t a m e n t o c o n v e n c i o n a l 3,5 a 13, 2 F o n t e : M a r a ( 2 ) e n t e p a r a p e q u e n a s s o b r e c a r g a s de c h o q u e .

4 - Podem e f e t i vãmente t r a t a r uma g r a n d e v a r i e d a d e de e_s g o t o s i n d u s t r i a i s e agrícolas.

E s g o t o s biodegradáveis t a i s como o d a s l e i t e r i a s , matadou_ r o s , f a b r i c a s de p r o c e s s a m e n t o de a l i m e n t o s e t c , t e m s i d o t r a t a d o s com s u c e s s o -.juntamente com e s g o t o s domésticos em l a g o a s f a c u l t a t i v a s . As l a g o a s anaeróbias são p a r t i c u l a r m e n t e v a n t a j o sas p a r a e s g o t o s c o n c e n t r a d o s q u e devem s e r t r a t a d o s i s o l a d a m e n t e .

5 - Podem s e r p r o j e t a d a s de m a n e i r a a p e r m i t i r f a c i l m e n t e alterações no g r a u de t r a t a m e n t o .

0 p r o j e t o das e s t r u t u r a s de saída p o d e p e r m i t i r variações no nível do líquido, o tempo de detenção e, em consequência, o g r a u de t r a t a m e n t o , p o d e n d o a s s i m s e r f a c i l m e n t e a l t e r a d o .

6 - 0 método de construção de uma l a g o a p e r m i t e q u e no f u t u r o o t e r r e n o s e j a f a c i l m e n t e r e a p r o v e i t a d o p a r a o u t r o s f i n s .

T u d o o q u e s e r e q u e r p a r a i s s o 5 a remoção d a s e s t r u t u r a s de e n t r a d a e saída e das p l a c a s de c o n c r e t o s i t u a d a s a l i n h a d'agua que p r o t e g e m os t a l u d e s c o n t r a a erosão. 0 n i v e l a m e n t o do t e r r e n o p o d e v i r s u b s e q u e n t e m e n t e .

08 c i a i d e proteínas q u e podem s e r c o n v e n i e n t e m e n t e e x p l o r a d a s p a r a a criação d e p e i x e s .

P e i x e s têm s i d o c r i a d o s com s u c e s s o n a s l a g o a s de m a t u r a ção ( 3 ) . t r a z e n d o s u a comercialização s u b s t a n c i a i s r e n d i m e n t o s que podem r e d u z i r os c u s t o s d e operação da instalação d e t r a t a m e n t o . P a t o s também podem s e r c r i a d o s nas l a g o a s d e maturação.

3. EXPERIÊNCIA BRASILEIRA SOBRE LAGOAS

As l a g o a s d e estabilização n o B r a s i l já são b a s t a n t e nume r o s a s e vêm e n c o n t r a n d o aplicação p r o g r e s s i v a c a d a v e z m a i s i n t e n s a . N e s t e tópico p r o c u r a m o s a p r e s e n t a r a l g u m a s experiências b r a s i l e i r a s i m p o r t a n t e s s o b r e e s t a s l a g o a s , n o i n t u i t o de c o n t r i b u i r p a r a uma c r e s c e n t e u n i d a d e e n t r e o c o n h e c i m e n t o e a e x períencia g a n h a a t e então.

Em São J o s e d o s Campos, o Serviço do Y a l e do Paraíba expe:

r i m e n t o u rv.TI t r a b a l h o p i o n e i r o no país um s i s t e m a de l a g o a s ana

e r o b i o - f a c u l t a t i v a em série, e n t r e d e z e m b r o de 1960 e j u l h o de 1 9 6 3 , numa t e n t a t i v a de e n c o n t r a r uma solução p a r a o p r o b l e m a dos e s g o t o s d a s c i d a d e s r i b e i r i n h a s do V a l e do Paraíba, q u e não

e x i g i s s e g r a n d e s i n v e s t i m e n t o s e q u e a p r e s e n t a s s e um c u s t o e c o n o m i c o d e operação e manutenção. C o n f o r m e V i c t o r e t t i ( 4 ) , as l a g o a s mediam a p r o x i m a d a m e n t e 0,72 e 2,16 h a , a m a i o r área c o r r e s _ p o n d e n d o ã l a g o a f a c u l t a t i v a . A p r o f u n d i d a d e das l a g o a s d u r a n t e o período d e 1 9 6 1 f o i m a n t i d a em t o r n o d e 85-90 cm e d u r a n t e o período 1 9 6 2 - 1 9 6 3 a p r o f u n d i d a d e d a l a g o a f a c u l t a t i v a v a r i o u e n t r e S5-125 cm. As l a g o a s f o r a m a l i m e n t a d a s c o n t i n u a m e n t e com e s g o t o doméstico m u n i c i p a l , o tempo d c detenção hidráulico me d i o f o i d e 4,6 d i a s n a l a g o a anaeróbia p a r a uma c a r g a volumêtri

3

c a d e a p r o x i m a d a m e n t e 70 g DBO^/m d i a ( p a r a ura DBO i n f l u e n t e de 338 m g / l ) e 13,8 d i a s na l a g o a f a c u l t a t i v a p a r a uma c a r g a o r ganíca s u p e r f i c i a l d e a p r o x i m a d a m e n t e 160 k g D B O ^ / h a d i a ( p a r a um DBO i n f l u e n t e de 215 m g / l ) . Os r e s u l t a d o s e r e n d i m e n t o s mc d i o s o b t i d o s p e l o s i s t e m a c p e l a s l a g o a s i n d i v i d u a l m e n t e p a r a DBO e C o l i f o r m e s t o t a i s n o s períodos de verão e i n v e r n o estão

09 a p r e s e n t a d o s n a t a b e l a 1.2.

E r a d l e y e A l v a r e s d a S i l v a ( 5 ) a p r e s e n t a r a m um s u m a r i o de d a d o s o p e r a c i o n a i s o b t i d o s p a r a d i f e r e n t e s s i s t e m a s de l a g o a s anaerõbio-facultativa em série, t r a t a n d o e s g o t o doméstico no B r a s i l . As t a b e l a s 1.3, 1.4 e 1.5 t r a z e m a l g u n s d e t a l h e s d e s t e s s i s t e m a s .

As l a g o a s do RCG ( R e g i m e n t o d e C a v a l a r i a d e G u a r d a s ) em Brasília m o s t r a d a s na t a b e l a 1.3 r e c e b e m e s g o t o doméstico d e uma população de 2 100 h a b i t a n t e s . A l a g o a anaeróbia t i n h a p r o

f u n d i d a d e de 2 m, tempo de detenção hidráulico d e 6 d i a s p a r a

uma c a r g a volumétrica a p l i c a d a de 35 g D B G5/ mJd i a . A l a g o a f a

c u l t a t i v a t i n h a p r o f u n d i d a d e de 1 m, tempo d e detenção hidrãulj. co de 10 d i a s p a r a uma c a r g a orgânica s u p e r f i c i a l de 54 kgDBO^/ ha d i a .

Os d a d o s o p e r a c i o n a i s nas t a b e l a s 1.3 e 1.4 m o s t r a m a per_ f o r m a n c e d e s t e s i s t e m a e do s i s t e m a de l a g o a s de Guará (Brasí

l i a ) p a r a uma s e r i e d e parâmetros a n a l i s a d o s .

A t a b e l a 1.5 t r a z os r e s u l t a d o s o p e r a c i o n a i s do s i s t e m a de l a g o a s de MairiporÕ (São P a u l o ) , p r o j e t a d o p a r a uma popula_ ção f i n a l de 8 000 h a b i t a n t e s . E s t e s d a d o s m o s t r a m a eficiência do t r a t a m e n t o , q u a n d o o s i s t e m a a t e n d i a uma população d e 1 0 0 0 h a b i t a n t e s (um c a s o de s u b - c a r r e g a m e n t o ) . A l a g o a anaeróbia

t i n h a p r o f u n d i d a d e d e 3 m, mas na ocasião f u n c i o n a v a s a t i s f a t o r i a m e n t e como uma l a g o a f a c u l t a t i v a (presença d e a l g a s e o x i g e n i o d i s s o l v i d o ) p r o d u z i n d o uma redução n a DBO d e 79% com tempo de detenção hidráulico d e 23 d i a s p a r a uma c a r g a orgânica s u p e r

f i c i a l de 6 6 1 k g DBOr/ha d i a ( c a r g a volumétrica aproximadamen

t e i g u a l a 22 g/m d i a ) . A s e g u n d a l a g o a f a c u l t a t i v a t i n h a p r o f u n d i d a d e i g u a l a 1 m o s e r v i a como h a b i t a t favorável ao c r e s c i m e n t o de a l g a s , a concentração de sólidos em suspensão a u m e n t a n do em c e r c a de 5 8 1 n a l a g o a , que o p e r a v a com t e m p o d e detenção hidráulico de 39 d i a s p a r a uma c a r g a orgânica s u p e r f i c i a l de 3 1

k g D B 05/ h a d i a .

Numa rápida análise crítica d a s características e r e s u l t a dos dos s i s t e m a s a p r e s e n t a d o s a n t e r i o r m e n t e , v e r i f i c a m o s q u e os p r o j e t o s f o r a m b a s e a d o s nas recomendações da l i t e r a t u r a e s t r a r i

10 g e i r a d a época, p r o v e n i e n t e dos países d e c l i m a t e m p e r a d o , p r i n c i p a l m e n t e E s t a d o s U n i d o s e Austrália. O r a , sabemos q u e , a t u a l _ m e n t e , e s t e s critérios a n t i g o s d e p r o j e t o l e v a m a d i m e n s i o n a m e n t o s que f o g e m em m u i t o d a s r e a i s p o s s i b i l i d a d e s d a s l a g o a s d e estabilização p a r a n o s s a s condições climáticas. M o d e r n o s c r i t e r i o s de p r o j e t o recomendam t a x a s de c a r r e g a m e n t o p a r a condições t r o p i c a i s e s u b - t r o p i c a i s i g u a i s a 100-400 g fJBO^/m^ d i a p a r a as l a g o a s anaeróbias e s u p e r i o r e s a 200 k g D B O ^ / h a d i a p a r a as l a g o a s f a c u l t a t i v a s ( 3 ) . A experiência t e m m o s t r a d o s e r p e r f e i . t a m e n t e satisfatório o desempenho e eficiência d a s l a g o a s d a A f r i c a C e n t r a l e d o S u l s u b m e t i d a s a t a i s c a r r e g a m e n t o s ( 2 ) e

( 3 ) .

Ao n o s s o v e r , a experiência b r a s i l e i r a m a i s i m p o r t a n t e do momento s o b r e l a g o a s d e estabilização no país Õ a q u e e s t a s e n do d e s e n v o l v i d a p e l a U n i v e r s i d a d e F e d e r a l da Paraíba ( U F P b ) a t r a vês de s u a Estação E x p e r i m e n t a l de T r a t a m e n t o s Biológicos d e E s g o t o s Sanitários - EXTRABES. As instalações e x p e r i m e n t a i s des_ t a estação j 5 f o r a m d e s c r i t a s p o r S i l v a ( 6 ) , e s e u início de operação d a t a d e j a n e i r o de 1 9 7 7 . A p a r t i r d e s t a d a t a , a EXTRA BES vem e x p e r i m e n t a n d o d i f e r e n t e s s i s t e m a s de l a g o a s d e e s t a b i . lização construídos em e s c a l a - p i l o t o e os r e s u l t a d o s d a s inves_

tigações têm e n c o n t r a d o s e u c a m i n h o ao público através de nl

gumas publicações, e n t r e e l a s a l g u m a s dissertações de m e s t r a d o (como p a r t e d o s r e q u i s i t o s necessários p a r a a obtenção d o g r a u de M e s t r e em C i ê n c i a s ) .

M a r a e S i l v a ( 7 ) a p r e s e n t a m e d i s c u t e m os r e s u l t a d o s ob t i d o s d u r a n t e o p r i m e i r o ano de operação d e s t a s l a g o a s . De a c o r do com e s t a publicação, os r e s u l t a d o s { e f a i x a s ) o b t i d o s p a r a DBO, DQO, Sólidos em Suspensão (SS) , C o l i f o r m e s f e c a i s ( C F ) e E s t r e p t o c o c o s f e c a i s ( E F ) , p a r a q u a t r o l a g o a s f a c u l t a t i v a s i n d e p e n d e n t e m e n t e c a r r e g a d a s d u r a n t e o período d e j u n h o d e 1977 a t e a b r i l d e 1 9 7 8 , estão a p r e s e n t a d o s na t a b e l a 1.6. As l a g o a s modem a p r o x i m a d a m e n t e 25 x 7,5 x 1,25 m, e são a l i m e n t a d a s c o n

t i n u a m e n t e com e s g o t o d o m e s t i c o bombeado d e s d e emissário a d j a c e n t e do s i s t e m a de e s g o t o s m u n i c i p a l . Os t e m p o s de detenção h i drãulicos médios nas q u a t r o l a g o a s são 9,4, 1 1 , 7 , 12,3 e 18,5

11 d i a s , p a r a uma c a r g a orgânica s u p e r f i c i a l de a p r o x i m a d a m e n t e 200, 3 0 0 , 300 e 400 k g DBOg/ha d i a ( p a r a um DBO i n f l u e n t e de 300 m g / 1 ) . A variação de vazão i n f l u e n t e f o i i n f e r i o r a 4%. A t e m p e r a t u r a diária m e d i a n a s l a g o a s , m e d i d a s com termómetros de máxima e mínima, s u s p e n s o s ã p r o f u n d i d a d e média em c a d a l a g o a ,

e s t a v a n a e s t r e i t a f a i x a de 25-27°C.

Como m o s t r a a t a b e l a 1.6, a l a g o a A o p e r o u c o n v e n i e n t e m e n t e com uma c a r g a orgânica s u p e r f i c i a l de 400 k g / h a d i a , m o s t r a n do que s e m e l h a n t e s c a r g a s de p r o j e t o são válidas p a r a o díraen s i o n a m e n t o de l a g o a s f a c u l t a t i v a s no N o r d e s t e do B r a s i l e que o u s o de t a i s c a r g a s p e r m i t e consideráveis e c o n o m i a s de t e r r a , uma v e z que a prática a t u a l a i n d a e a de u s a r c a r g a s de p r o j e t o '

r e d u z i d a s , g e r a l m e n t e na f a i x a de 50-150 k g / h a d i a .

Os r e s u l t a d o s médios (e f a i x a s ) o b t i d o s p a r a DBO, DQO,SS, CF e EF p a r a d u a s l a g o a s anaeróbias estão a p r e s e n t a d o s n a t a b e l a 1.7. As dimensões d e s t a s d u a s l a g o a s são 14,9 x 1,23 x l,75ra; uma d e l a s é d i v i d i d a em d u a s u n i d a d e s em s e r i e p o r uma p a r e d e a 9,8 m do i n f l u e n t e . O e s g o t o doméstico m u n i c i p a l é bombeado c o n t i n u a m e n t e p a r a as d u a s l a g o a s , d a n d o um t e m p o d e detençãolú drãulico médio t o t a l de 1,9 e 1,2 d i a s . Os r e s u l t a d o s m o s t r a m que as l a g o a s anaeróbias são a l t a m e n t e e f i c i e n t e s era r e d u z i r ambos, c o m p o s t o s orgânicos e bactérias f e c a i s . A remoção de DBO e DQO f o i a p r o x i m a d a m e n t e 8 0 1 e 7 0 % r e s p e c t i v a m e n t e , e a remo ção de CF e EF e 9 0 1 r e s p e c t i v a m e n t e ( 7 ) .

A c a r g a volumétrica de DBO n a l a g o a alcançava 390 g / m3d i a ,

m u i t o próxima do l i m i t e de 400 g/m3 d i a r e c o m e n d a d o p e l a l i t e r a

t u r a ( 3 ) . no e n t a n t o a l a g o a s e m p r e a p r e s e n t o u e x c e l e n t e p e r f o r mance c o n f i r m a n d o também a n e c e s s i d a d e de s e r e a v a l i a r com u r gência as t a x a s de c a r r e g a m e n t o de p r o j e t o p a r a o d i m e n s i o n a m e n t o das l a g o a s anaeróbias ( v i d e experiências m o s t r a d a s n a s t a b e l a s 1.2, 1.3, 1.4 e 1.5 em Brasília e São P a u l o ) . R e s u l t a d o s o p e r a c i o n a i s de l a g o a s de maturação têm s i d o p u b l i c a d o s l a r g a m e n t e no e x t e r i o r , s u a s v a n t a g e n s e d e s v a n t a g c n s s e n d o d i s c u t i d a s a p a r t i r d a s características próprias de c a d a s i s t e m a . I n f e l i z m e n t e , o B r a s i l a i n d a não d e s p e r t o u p a r a a a p l i .

12 cação d a s l a g o a s d e maturação, as q u a i s são u s a d a s p r i n c i p a l m e n t e p a r a a obtenção d e um e f l u e n t e de a l t a q u a l i d a d e bacterioló g i c a . A eficiência d e s t a s l a g o a s n a redução d e patogênicos vem s e n d o c o n v e n i e n t e m e n t e a v a l i a d a p e l a remoção d e C o l i f o r m e s f e c a i s , remoção e s t a q u e pode s e r s u p e r i o r a 99,991 em p r o j e t o s a d e q u a d o s ( 3 ) . E s t a razão p a r a a utilização d a s l a g o a s de m a t u ração e m u i t o i m p o r t a n t e p a r a n ó s , uma v e z q u e , r e c o h h c c i d a m e n t e , a remoção de DBO sem a d e v i d a atenção p a r a a destruição dos a g e n t e s c a u s a d o r e s de doenças e i n a d e q u a d a ( 8 ) .

A EXTRABES vem e x p e r i m e n t a n d o d e s d e março de 1977 um s i s tema m u l t i - l a g o a s com c i n c o l a g o a s em s e r i e , a p r i m e i r a u n i d a de anaeróbia, a s e g u n d a f a c u l t a t i v a e as d e m a i s de maturação. Mn_ r a , S i l v a e C e b a l l o s ( 9 ) e M a r a e S i l v a ( 7 ) a p r e s e n t a r a m e dís c u t i r a m os r e s u l t a d o s o p e r a c i o n a i s d e s t e s i s t e m a p a r a o período j u n h o d e 1977 até a b r i l de 1 9 7 8 . D e t a l h e s s o b r e e s t e s i s t e m a de l a g o a s são ciados n o d e c o r r e r d a p r e s e n t e dissertação, p o i s q u e a mesma e b a s e a d a n e s t e s i s t e m a de l a g o a s em s e r i e .

4. OBJETTVOS DO TRABALHO

No p r e s e n t e t r a b a l h o a p r e s e n t a m o s e d i s c u t i m o s os r e s u l t a dos o b t i d o s , d u r a n t e o período c o m p r e e n d i d o e n t r e março d o 1977 e m a i o d e 1 9 7 9 , com um s i s t e m a - p i l o t o de c i n c o l a g o a s d e c s t a b i . lização em s e r i e , a l i m e n t a d o c o n t i n u a m e n t e com o e s g o t o domésti^ co d e Campina G r a n d e , construído n a Estação E x p e r i m e n t a l de T r a t a m e n t o s Biológicos d e E s g o t o s Sanitários - EXTRABES, da U n i v e r s i d a d e F e d e r a l d a Paraíba.

Através d a caracterização d a eficiência, f o r n e c e m o s e l e m e n t o s n o v o s , o s q u a i s e s p e r a m o s q u e c o n t r i b u a m p a r a q u e a s l a goas de estabilização em s e r i e no B r a s i l s e j a m tão e f i c i e n t e s e económicas q u a n t o possível. Sabemos q u e p a r a i s t o e necessário p r o p o r c i o n a r , d e a c o r d o com os m e i o s disponíveis no l o c a l , to-dos a q u e l e s f a t o r e s q u e e x e r c e m influência favorável no desem p e n h o d e s t a s l a g o a s .

A eficiência d o s i s t e m a f o i c o m p a r a d a com a q u e l a d e s c r i t a na p r o p o s t a de p r o j e t o p a r a l a g o a s d c estabilização cm c l i m a s

13 q u e n t e s , a p r e s e n t a d a p o r M a r a Ç"S) no relatório técnico p u b l i c a do em a b r i l de 1 9 7 5 .

0 m o d e l o cinético p a r a a redução d e bactérias f e c a i s em l a g o a s de estabilização a p r e s e n t a d o p o r M a r a i s cí Shaw ( 1 0 ) , e p o s t e r i o r m e n t e c o m p l e t a d o p o r M a r a i s ( n ) ( 1 ) ( 1 2 ) , e r e s u m i d a m e n t e m o s t r a d o , e os r e s u l t a d o s o b t i d o s são u t i l i z a d o s na v e r i

* —

- T a b e l a 1.2 - R e s u l t a d o s e reduções médias no i n v e r n o e no verão p a r a DBO,- e NMP de C o l i _ f o r m e s E s g o t o B r u t o Anaeróbia A e r o b i a C o n j u n t o • Observação E s g o t o B r u t o 1 9 6 1 1 9 6 2 / 6 3 1 9 6 1 1962/63 1 9 6 1 1 9 6 2 / 6 3 • Observação DBO (mg/1) 337,70

-

218,47 35% 24,00 47,75 781 92,94 8 5 , S l * I n v e r n o DBO (mg/1) 337,70

-

168,00 50", 19,60 32,90 801 9 4,11 9 0 , 2 * Verão NMP de Co l i f o r m e s (em 100 m l ) S 3 x l 06

-

13\59xl06 3 4 0 x l 05 661, L\103 9 5 , 3 * 9 9 , 6 % 9 9 , 2 % I n v e r n o NMP de Co l i f o r m e s (em 100 m l ) S 3 x l 06

-

9 , 2 7 x l 0õ 8 9 ! 6 2 x l OJ 434x10"* 9 5 , 2 % 9 9 , 9 1 9 9 , 5 1 Verão F o n t e : V i c t o r e t t i ( 4 )

T a b e l a 1.3 - R e s u l t a d o s o p e r a c i o n a i s do S i s t e m a d e l a g o a s de estabilização do RCG ( B r a sília)

Parâmetro L a g o a Anaeróbia L a g o a F a c u l t a t i v a Redução

T o t a l ( 1 ) Parâmetro I n f l u e n t e E f l u e n t e Redução(%} E f l u e n t e Redução(S) Redução T o t a l ( 1 ) T e m p e r a t u r a "do a r °C 25,1

-

-

-T e m p e r a t u r a do e s g o t o °C 23,5

-

_

-

-

_ PH 6,6 6,4

-

7,6

-

_ DBO 325 163 50 46 72 86 DQO 568 203 63 2G4 34" 50 SS 232 110 53 130 18" 44 Sólidos D i s s o l v i d o s 219 148 32 143 3 35 N-Orgãnico 4,5 4,1 9 3,2 T7 í_ tu 29 K-Amonia 21,7 19,2 12 10,6 45 51 N-NO2 0,28 0,15 46 0,10 33 64 N-NO* 0,09 0,11 22" 0,73 564" 711" P ~ T o t a l 3,26 2,80 14 2,41 14 26 P-Solúvel 33,19 2,61 18 2,35 10 26 A l c a l i n i d a d e t o t a l 113 95 16 55 c 42 51 NMP de C o l i f o r m e s / 1 0 0 m l 90,7x1OÓ 1 4 , 2 x l 06 84 2,6x10° 82 97 C l o r e t o 70 55 21 53 4 24

N o t a s : 1 . Todas as análises estão e x p r e s s a s em ( m g / l )

2. Os r e s u l t a d o s são v a l o r e s médios p a r a 0 período maio/1969 a t e a b r i l / 1 9 7 0 ( a p r o x i m a d a m e n t e 100 determinações na m a i o r i a d o s c a s o s )

3. Os r e s u l t a d o s de DBO c o r r e s p o n d e m a DBO (5 d i a s - 20 C} 4. I n d i c a a u m e n t o

T a b e l a 1.4 - R e s u l t a d o s o p e r a c i o n a i s do s i s t e m a de l a g o a s de Guará (Brasília) Parâmetro L a g o a Anaeróbia L a g o a F a c u l t a t i v a _Redução T o t a l ( i ) ' Parâmetro I n f l u e n t e E f l u e n t e Redução(%) E f l u e n t e Redução(1) Redução T o t a l ( i ) ' T e m p e r a t u r a do a r °C 25,3 _ _ T e m p e r a t u r a do e s g o t o °C 23,4 23,9 23,9 _

-pH 7 "* 7,2

-

7,5 _ DB0|° 465 174 63 103 41 78 DBO ( f i l t r a d o ) _ _

-

₉₃

-

-DQO 1132 613 '46 311 49 73 SS 253 86 66 78 9 69 Sólidos d i s s o l v i d o s 295 164 44 166 l 3 . 44 N-Amonia 40,5 14,6 64 40 79 X-XO, 0,05 0,03 40 0,05 6 73 0 0,19 0,20 53 0,32 6 03 63 3 c o? 35 18 49 6 67 83 A l c a l i n i d a d e t o t a l 173 104 40 S2 21 53 C l o r e t o 47 34 28 35 33 26 X o t a s : 1 . T o d a s as análises estão e x p r e s s a s em ( m g / l )

2. Os r e s u l t a d o s são v a l o r e s médios p a r a março de .1972 3. I n d i c a a u m e n t o

T a b e l a 1.5 - R e s u l t a d o s o p e r a c i o n a i s do s i s t e m a de l a g o a s de MairiporãTSSo P a u l o )

Parâmetro L a g o a Anaeróbia L a g o a F a c u l t a t i v a Redução

T o t a l ( t ) Parâmetro I n f l u e n t e E f l u e n t e Redução(4) E f l u e n t e Redução(%) Redução T o t a l ( t ) T e m p e r a t u r a do a r °C 24 24,5 24,4 _

-pH 6,5 7,0 8,5

-

_ DBO

f

517 109 79 56 49 S9 DQO 838 _ ₂₀₁ _ ₇₆ SS 538 100 81 155; 8 5 83 71 Sólidos d i s s o l v i d o s 462 327 29 276 16 40 N o t a s : 1 . T o d a s as análises estão e x p r e s s a s em ( m g / l ) 2. Os r e s u l t a d o s são os v a l o r e s médios de q u a t r o a m o s t r a s t o m a d a s em n o v e m b r o de 1974 3. I n d i c a aumento 4. 0 DBO do e f l u e n t e da l a g o a f a c u l t a t i v a ê f i l t r a d o F o n t e : B r a d l e y e A l v a r e s da S i l v a ( 5 )

T a b e l a 1.6 - R e s u l t a d o s e x p e r i m e n t a i s médios ( e f a i x a s ) o b t i d o s de q u a t r o l a g o a s f a c u l t a t i v a s i n d e p e n d e n t e m e n t e c a r r e g a d a s d u r a n t e o período de j u n h o / 1 9 7 7 até a b r i l / 1 9 7 8 Amostra Tempo de deten ção hidráulico médio ( d i a s ) DB0S

(mg/D

i x p (mg/1) SS (mg/l) CF (p/lOOml) EF (p/100 ml) Esgoto-Bruto _ _{234 576 329 5 , 0 x l 0} 7 7 , 0 x l 06 (105-SOS) (352-904) (160-680) (2,4~£,4)107 (2,6-12)106 E f l u e n t e da Lagoa A 9,4 53 240 86 4,8x105 3 , 7 x l 04 (37-97) (172-397) (47 -145) (2,1-10)105 f l , 7-7,2) I O4 E f l u e n t e da Lagoa B 11,7 48 233 91 5,0x105 5,3x1O4 (28-65) (15S-313) (42 -151) (2,4-11)105 (1,1-21)104 E f l u e n t e da Lagoa C 12,3 46 243 93 3,4x105 2 , 7 x l 04 (29-68) (160-314)' (57 -134) (1,9-5,1)105 (1,2-2,6)104 E f l u e n t e da Lagoa D 18,5 37 234 98 4 , l x l 05 4 , 6 x l 04 (21-49) (119-388) (35 -186) ( l , 3 - 6 , 3 ) ] , 05 (2,1-6,4)104 F o n t e : M a r a e S i l v a ( 7 ) H1 CO

T a b e l a 1.7 - R e s u l t a d o s e x p e r i m e n t a i s médios ( e f a i x a s ) o b t i d o s em l a g o a s anaeróbias d u r a n t e o período j u n h o / 1 9 7 7 até a b r i l / 1 9 7 8 A m o s t r a Tempo de Heten ç|o hidráulico médio ( d i a s ) DB05 (mg/D DQp (mg/l) SS (mg/1) CF (p/100 ml) EF (p/100 ml) Esgoto-Bruto

-

234 576 329 5,0x107 7 , 0 x l 06 005-303) (352-904) (160-680) (2,4~8,4)107 (2,6-12)106 E f l u e n t e da Lagoa P 1,9 47 175 67 5,4x106 2,8x105 (27 -106) (137-288) (43-83) (2,6-15)106 ( l , 0 - 3 ; 5 ) 1 05 E f l u e n t e da Lagoa 0,8 63 228 89 8,8x1O6 4,1x105 (39 - 96) (148-307) (56 -128) (2;4-31)106 (1,7-7,3)10S E f l u e n t e da Lagoa Q? 48 197 71 6 , 5 x l 06 3,2x105 (25 -10S) (155-32S) (31 -170) (3,1-14)106 (1,5-6,3)105 F o n t e : Mara e S i l v a ( 7 )

CAPITULO I I

REVISÃO DE LITERATURA

As l a g o a s de estabilização são u s a d a s p r i n c i p a l m e n t e p a r a r e d u z i r a poluição bioquímica e a contaminação p o r bactérias f e c a i s d a s a g u a s r e s i d u a r i a s , a n t e s de d e s p e j a - l a s nos c o r p o s r e c e p t o r e s .

Segundo M a r a i s ( 1 2 ) , d e v i d o ao p o l i c i a m e n t o de r e ~ u s o , os e f l u e n t e s t r a t a d o s n a A f r i c a do S u l p r e c i s a m a t e n d e r a r i g o r o s o s padrões de q u a l i d a d e bioquímica. As l a g o a s de oxidação ( l a g o a s f a c u l t a t i v a s que t r a t a m e s g o t o - b r u t o i n d i v i d u a l m e n t e ) não podem s a t i s f a z e r a e s t e s padrões, de m a n e i r a que e s t a s l a g o a s s o m e n t e são p e r m i t i d a s com licença e m i t i d a p e l o D e p a r t a m e n t o p a r a A s s i m t o s Hídricos. Em c o n t r a s t e , as l a g o a s de maturação são u s a d a s em t o d a a A f i c a do S u l , até mesmo n a m a i o r c i d a d e , J o h a n n e s b u r g . 0 t r a t a m e n t o nas l a g o a s de maturação m o d i f i c a de t a l modo a n a t u r e z a da poluição que o c r e s c i m e n t o de f u n g o s e bactérias f i l a m e n t o s a s n o s c o r p o s r e c e p t o r e s t o r n a - s e m u i t o r e d u z i d o . Também, se a d e q u a d a m e n t e p r o j e t a d a s , e s t a s l a g o a s d i s p e n s a m a cloração dos e f l u e n t e s a n t e s de d e s p e j a - l o s nos c o r p o s r e c e p t o r e s . P a r a um e f l u e n t e de q u a l i d a d e aceitável com r e s p e i t o a bactérias f e c a i s , são necessárias reduções da o r d e m de 99,99$ - 9 9 , 9 9 9 9 % , Da dos de instalações e x p e r i m e n t a i s n o s últimos decénios t e m m o s t r a do q u e s e m e l h a n t e s reduções não são alcançadas em l a g o a s i n d i v i d u a i s , uma v e z que os t e m p o s de detenção necessários p a r a t a l se r i a m tão g r a n d e s que as p r o f u n d i d a d e s do líquido nas l a g o a s não p o d e r i a m s e r m a n t i d a s d e v i d o a evaporação e infiltração.Entretan t o , t a i s reduções f o r a m possíveis com as l a g o a s o p e r a d a s em s e

21 r i e , s e n d o a i n d a e n c o n t r a d o i ( u e o v o l u m e t o t a l de um s i s t e m a de l a g o a s em série é 10 - 100 v e z e s m e n o r q u e o v o l u m e de uma l a g o a i n d i v i d u a l , p a r a p r o d u z i r um e f l u e n t e de mesma q u a l i d a d e b a c t e r i o l o g i c a . E s t e m a r c a d o avanço em eficiência alcançado através da operação em série é m o s t r a d o n a F i g . 2 . 1 , o n d e q u a t r o l a g o a s em série, c a d a q u a l com c e r c a de 2,5 d i a s de tempo de detenção ( t o t a l de 10 d i a s ) p r o d u z e m uma redução de 9 9 , 9 1 1 ( 0 , 0 9 % permanecem) e n q u a n t o uma l a g o a i n d i v i d u a l com tempo de detenção i g u a l a 10 d i a s p r o d u z s o m e n t e uma redução de 9 5 % ( 5 % p e r m a n e c e m ) . I s t o i m p l i c a em q u e , p a r a um mesmo v o l u m e t o t a l , a razão de q u a l i d a d e do

e f l u e n t e e ( 5 / 0 , 0 9 ) = 5 5 , 5 .

Um m o d e l o cinético p a r a a redução de bactérias f e c a i s em l a g o a s de estabilização f o i a p r e s e n t a d o p o r M a r a i s e Shaw ( 1 0 ) e m 1 9 6 1 . E s t a t e o r i a e b a s e a d a n a cinética de p r i m e i r a o r d e m com v a l o r c o n s t a n t e p a r a a t a x a específica de m o r t e de bactérias. Em anos p o s t e r i o r e s , a t e o r i a f o i c o m p l e m e n t a d a p o r M a r a i s ( 1 1 ) em 1966 e ( 1 ) em 1970 p a r a i n c o r p o r a r os e f e i t o s de condições ana e r o b i a s e ( 1 2 ) em 1 9 7 4 p a r a o e f e i t o da t e m p e r a t u r a , s o b r e a t a ' x a específica de m o r t e de bactérias. N e s t e capítulo m o s t r a m o s p a r t e d e s t a t e o r i a c o n f o r m e Marais ( 1 2 ) , em v i r t u d e de s u a importância como método r a c i o n a l p a r a o p r o j e t o das l a g o a s de estabilização em g e r a l , bem como da s u a i m portãncia em s e r v i r de b a s e aos princípios f u n d a m e n t a i s da o p e r a ção de l a g o a s em série. A equação d i f e r e n c i a l q u e g o v e r n a a c o n centração de bactérias f e c a i s numa l a g o a , b a s e a d a n a l e i monomo l e c u l a r , no v o l u m e da l a g o a , n a s vazões i n f l u e n t e e e f l u e n t e , na concentração de bactérias f e c a i s , e n a c o n s t a n t e m o n o m o l e c u l a r K, ê a p r e s e n t a d a . As soluções p a r a e s t a equação são d i s c u t i d a s . As relações teóricas e n t r e as concentrações numa série de l a g o a s

numa l a g o a i n d i v i d u a l e, em condições de c a r g a não d i s p e r s a ( " p l u g - f l o w " ) , a s u p e r i o r i d a d e de uma série de l a g o a s s o b r e uma l a g o a i n d i v i d u a l de v o l u m e e q u i v a l e n t e , são e s t a b e l e c i d a s . ResuJj. t a d o s e x p e r i m e n t a i s são s u b m e t i d o s à análise p a r a c o n f i r m a r a aplicação da t e o r i a n a A f r i c a C e n t r a l e do S u l . Na s e g u n d a p a r t e do capítulo a p r e s e n t a m o s um p r o c e d i m e n t o m o d e r n o p a r a o p r o j e t o de l a g o a s de maturação j u n t a m e n t e com uma b r e v e a b o r d a g e m s o b r e

O 1 B 12 1 6 2 0 ZA 2 8 3 2 T E M P O D E D E T E N Ç Ã O T O T A L E M W A S F O N T E : M A R A I S Í 121

FIG.2.I - CONCENTRAÇÕES TEÓRICAS E EXPERIMENTAIS DE E, COLI NAS LAGOAS INDIVIDUAIS E NAS LAGOAS EM SERIE PARA DIFERENTES TEMPOS DE DETENÇÃO , PARA K=2,0

23 padrões de e f l u e n t e s . O p r o b l e m a d a DBO do e f l u e n t e das l a g o a s de maturação e f o c a l i z a d o n a t e r c e i r a p a r t e e, em v i r t u d e de q u e r e c o n h e c i d a m e n t e , uma s e r i e de l a g o a s p o d e p r o d u z i r um e f l u e n t e a d e q u a d o a reutilização, incluímos uma q u a r t a p a r t e onde a l g u n s a s p e c t o s do r e - u s o de e f l u e n t e s são a b o r d a d o s ( a g r i c u l t u r a e aqua c u l t u r a ) .

1 . A" TEORIA

A t e o r i a é b a s e a d a nas s e g u i n t e s hipóteses:

a ) A m i s t u r a na l a g o a é instantânea e c o m p l e t a . I s t o i m p l i -c a em que as -con-centrações n a l a g o a e no e f l u e n t e são idênti-cas. O b s e r v a n d o o e s t a d o de q u i e t u d e do líquido de uma l a g o a c o m p a r a do â i n t e n s a agitação nas l a g o a s a e r a d a s , e s t a hipótese p o d e a p r i m e i r a v i s t a p a r e c e r injustificável. E n t r e t a n t o , as l a g o a s n o j _ m a l m e n t e caminham através de um c i c l o diário de m i s t u r a s u a v e e estratificação, d e v i d o aos e f e i t o s do v e n t o e da t e m p e r a t u r a . D e £ de que o tempo de detenção numa l a g o a r a r a m e n t e e i n f e r i o r a 7 d i a s , c a d a porção do i n f l u e n t e f i c a s u j e i t a a, p e l o menos, s e t e períodos de m i s t u r a d u r a n t e s u a p a s s a g e m p e l a l a g o a . R e l a t i v a m e n t e ao tempo de detenção, podemos n o r m a l m e n t e a s s u m i r as l a g o a s co-mo a d e q u a d a m e n t e m i s t u r a d a s a t e o p o n t o em que as relações c i n e

t i c a s s e r e f e r e m .

b ) A redução de bactérias f e c a i s se dá de a c o r d o com a l e i de C h i c k , i s t o é: d N / d t = - KN ( 2 . 1 ) o n d e : t = t e m p o , em d i a s N ~ concentração de o r g a n i s m o s f e c a i s p o r u n i d a d e de v o l u me K - c o n s t a n t e do d e c a i m e n t o d e p e n d e n t e d a t e m p e r a t u r a , em u n i d a d e s ( d i a * ) .

A relação e n t r e K e a t e m p e r a t u r a é p o s t u l a d a i g u a l a 24 K T K2 09 T-20 o n d e : ( 2 . 2 ) c o n s t a n t e s de d e c a i m e n t o a T°C e 20°C r e s p e c t i vãmente; c o n s t a n t e ( K? n = 2,6, 8 = 1,19) ( 1 2 ) . '¥:„'..''•*• Façamos QQ e Q ~ vazão i n f l u e n t e e e f l u e n t e p o r d i a , r e s p e c t i v a m e n t e , em a l g u m a u n i d a d e de v o l u m e / d i a ; QQ não e n e c e s s a r i a m e n t e i g u a l a Q d e v i d o ãs p e r d a s p o r evaporação ( a s p e r d a s p o r evaporação são c o n s i d e r a d a s como p a r t e d a vazão e f l u e n t e ) ; ¥ = v o l u m e da l a g o a nas mesmas u n i d a d e s de v o l u m e a d o t a d a s p a r a

as v a z õ e s ^ e N q e N = concentração de bactérias f e c a i s no i n

f l u e n t e e n a l a g o a ( o u e f l u e n t e ) p o r u n i d a d e de v o l u m e , r e s p e c t i _ vãmente.

Um balanço de massa no i n t e r v a l o d t m o s t r a : A variação na massa de bactérias n a l a g o a ~ V dN. I s t o e consequência d e : au

m e n t o d e v i d o ao i n f l u e n t e = NQQQd t ; diminuição d e v i d a ao e f l u e n t e = -NQdt; e diminuição d e v i d a ã m o r t e ™ - ( N V ) K d t , i s t o é: KT e K2 0 V dN =N 0Q0dt ~ KVNdt - NQdt i s t o é: ( d N / d t ) * (K * S ) N « ( Q0/ V ) NQ ( 2 . 3 )

Os parâmetros QQ, Q e NQ s ã o , em g e r a l , função do tempo,K

é d e p e n d e n t e da t e m p e r a t u r a e, uma v e z que a t e m p e r a t u r a v a r i a sa z o n a l m e n t e , d e s t e modo também é uma função do t e m p o . 0 t e r m o V p o d e s e r c o n s t a n t e , mas, s e a p r o f u n d i d a d e da l a g o a é r e d u z i d a d u r a n t e o o u t o n o , como é p r a t i c a em a l g u n s e s t a d o s da América do N o r t e , V também'se t r a n s f o r m a numa função do t e m p o . E s t a s c a r a c terísticas f a z e m com que a E q . 2 , 3 s e j a p o t e n c i a l m e n t e i n t r a t S

v e l p o r métodos analíticos efe solução. No e n t a n t o , d e n t r o de um período de c o m p o r t a m e n t o e s p e c i f i c a d o d e s t e s parâmetros, s o l u ções podem s e r o b t i d a s p o r métodos numéricos ( 1 0 ) .

N o r m a l m e n t e , Q , Q e N q t e m uma variação cíclica ' diária.

( P a r a c u r t o s períodos de t e m p o , q u a n d o a t e m p e r a t u r a p o d e s e r t o m a d a como a p r o x i m a d a m e n t e c o n s t a n t e , K p o d e s e r t o m a d o como c o n s t a n t e ; d u r a n t e o a n o , K variará a p r e c i a v e l m e n t e d e v i d o as mu danças s a z o n a i s de t e m p e r a t u r a e o u t r a s influências). £ de s e es p e r a r que N mostrará também uma variação cíclica diária c o n c o m i t a n t e . No e n t a n t o , os v a l o r e s m é d i o s , sob c e r t a s restrições ( a s

q u a i s n o r m a l m e n t e se a p l i c a m as l a g o a s ) podem adequadamente des_

c r e v e r o c o m p o r t a m e n t o médio cinético d a l a g o a . Um t e o r e m a s o b r e e s t e e f e i t o f o i e n u n c i a d o e p r o v a d o p o r M a r a i s e Shaw ( 1 0 ) . O t e o r e m a s i m p l i f i c a s i g n i f i c a n t e m e n t e o d e s e n v o l v i m e n t o d e s t a t e o

r i a . S a l v o q u a n d o e s t a b e l e c i d o de o u t r o modo, NQ e QQ s e r e f e r i

rão aos v a l o r e s m é d i o s . A variação cíclica diária de c o n c e n t r a ção na l a g o a M em t o r n o do v a l o r médio p o d e s e r o b t i d a p o r i n t e graçao numérica da Eq. 2.3 ( 1 0 ) .

1.1 E s t a d o de Equilíbrio nas L a g o a s I n d i v i d u a i s •

-P a r a alcançar o e s t a d o de equilíbrio, os v a l o r e s de QQ, N"0,

V e K p r e c i s a m p e r m a n e c e r c o n s t a n t e s com o t e m p o . N e s t a s c i r c u n s tãncias a Eq. 2.3 t o r n a - s e uma equação l i n e a r de p r i m e i r a o r d e m com c o e f i c i e n t e s c o n s t a n t e s . A solução c o m p l e t a c o n s i s t e de d u a s p a r t e s , a i n t e g r a l p a r t i c u l a r ou e s t a d o de equilíbrio e a função c o m p l e m e n t a r o u t r a n s i e n t e . Como a E q . 2.3 é uma equação de p r i m e i r a o r d e m , a concentração do e s t a d o de equilíbrio N p o d e s o r o b t i d a díretaraente f a z e n d o d N / d t = 0 e r e s o l v e n d o p a r a N, i s t o é;

N - ( N0Q0/ V ) / ( K + Q/V) ( 2 . 4 )

0 t r a n s i e n t e d e s c r e v e a variação com o tempo da diferença e n t r e o e s t a d o i n i c i a l e o e s t a d o f i n a l de equilíbrio, q u a n d o o proces_ so se i n i c i a o u q u a n d o a c a r g a ou o v a l o r de K são m u d a d o s . A

26 N = concentração f i n a l do e s t a d o de equilíbrio.

A solução c o m p l e t a ê a soma do e s t a d o d e equilíbrio e d o t r a n s i e n t e . 0 t r a n s i e n t e r a p i d a m e n t e d e s a p a r e c e e p o d e s e r n e g l j L g e n c i a d o n a s l a g o a s onde o c a r r e g a m e n t o médio diário p e r m a n e c e a p r o x i m a d a m e n t e c o n s t a n t e . P a r a (K + Q / V ) t > 2,5, o t r a n s i e n t e p r o

gríde a t e um v a l o r de 5% da concentração no e s t a d o de equilíbrio,

i s t o é, p a r a K ~ 2 o tempo necessário p a r a s e c o n s e g u i r a t i n g i r 9 5 % do t r a n s i e n t e e t < 1,25 d i a s . R e f e r i n d o - s e a Eq. 2.4, - d e f i n i n d o V/QQ e V/Q = t e m p o d e detenção i n f l u e n t e e e f l u e n t e Rq e RÈr e s p e c t i v a m e n t e , a Eq. 2,4 r e d u z ~ s e a N = NQ/ ( K Ro + R0/ Re) ( 2 . 5 ) P a r a t e m p o s de detenção r e d u z i d o s , 10 d i a s o u menos, as p e r d a s d e v i d a s & evaporação serão p e q u e n a s , se c o m p a r a d a s ã vazão i n f l u e n t e e R„ = R e a Eq. 2.5 se r e d u z a e o ^ N « N / ( K R0 + 1 ) ( 2 . 6 ) Quando a vazão e f l u e n t e d a l a g o a ê p r i n c i p a l m e n t e d e v i d a a e v a poração, R„ t o r n a - s e g r a n d e e R_/R_ t e n d e p a r a z e r o , i s t o e, N = No/ K RQ ( 2 . 7 ) '

L o n g o s períodos de detenção são acompanhados p o r g r a n d e s ^©du

ções b a c t e r i a n a s , ( e . g . p a r a K = 2, um período de detenção RQ =

10 d i a s j a f o r n e c e reduções d a o r d e m d e 9 5 % ) . Em consequência, K Ro é g r a n d e s e c o m p a r a d o com a u n i d a d e e a Eq. 2.6 p o d e s e r u s a da com p e q u e n o e r r o em v e z d a E q . 2.7; de f a t o , a E q . 2.6 p o d e s e r u s a d a de uma m a n e i r a g e r a l . P a r a conveniência e l i m i n a m o s o s u b s c r i t o em RQ, i s t o ê, N - N0/ ( K R * 1 ) ( 2 . 8 )

27 b a s e a d o na vazão i n f l u e n t e ã l a g o a em questão; n o r m a l m e n t e , o tempo de detenção e f l u e n t e tem p e q u e n o e f e i t o na redução b a c t e r i a n a n a l a g o a ,

1.2 - Operação cm S e r i e

k

Façamos R^, R2, * *" ' ^n i g u a i s a o s tempos de detenção i n

f l u e n t e numa s e r i e de n l a g o a s ( d e v i d o c u i d a d o d e v e s e r d a d o as p e r d a s p o r infiltração e evaporação ao c a l c u l a r os v a l o r e s de R^. R^, e t c ) . Se K p e r m a n e c e c o n s t a n t e , d a Eq. 2.S a q u a l i d a d e do e f l u e n t e nas l a g o a s de 1 a n ê d a d a p o r : N j = NQ/ ( K R1 * 1) ' N, = N.,/(KR, + 1) = N / (KR, + 1)(KR., + 1 ] ( 2 . 9 ) i. 1 L 0 1 *• N n =

V

J / ^ i

+ l i Se Rx = R2 = . . - = Rn *» R Nn = N o / C K R + 1} n ( 2 . 1 0 ) ( 2 . 1 1 ) 1.3 - V o l u m e s R e l a t i v o s em S e r i e

A utilização máxima do v o l u m e t o t a l de uma s e r i e de l a g o a s ê alcançada f a z e n d o - s e as l a g o a s i g u a i s em tempo de detenção.

E s t a asserção ê o e n u n c i a d o do t e o r e m a de M a r a i s e será p r o v a d a p a r a d u a s l a g o a s em s e r i e . P o d e r i a s e r f a c i l m e n t e dcmons t r a d o n u m e r i c a m e n t e p a r a três ou q u a t r o l a g o a s em s e r i e . C o n s i d e remos a série de d u a s l a g o a s com um t e m p o de detenção t o t a l C, i s _ t o e,

28 então

R2 = C - R1 ( 2 . 1 9 )

S u b s t i t u i n d o R2 n a Eq. '2.9 como d a d o p e l a Eq, 2.12 ,

N2 = N o / Í C K R l * D C K C C - R1) + 1 ) > . Tomando l o g a r i t m o , d i f e r e n c i a n do em relação a R^, e i g u a l a n d o um e x t r e m o a z e r o , o b t e m o s : 2RX = C = R1 + R2; i . e . / ' R1 = R2 = R; i . e . , N2 » N / (KR + l ) 2 . Pa r a d e m o n s t r a r q u e N.., ê mínimo, n o t e que no e x t r e m o C = R + R. Co mo C e c o n s t a n t e , somando e s u b t r a i n d o dR ao e x t r e m o , o b t e m o s C = (R - dR) + (R + d R ) . S u b s t i t u i n d o o v a l o r o b t i d o na Eq. 2.9 e m u l t i p l i c a n d o , a concentração a l t e r a d a , W~, « N /{(KR+ 1)2-K^dR-)} e sempre m a i o r q u e N? = N /(KR + 1 } ; i . e t , NA > N7 ? i s t o e, N7 e um mínimo.

Sempre q u e possível, uma s e r i e de l a g o a s , d e v e t e r o mesmo t e m p o de detenção p o r l a g o a . I s t o ê prático p a r a um s i s t e m a de

l a g o a s de maturação, mas não o e p a r a um s i s t e m a de l a g o a s f a c u l ^ t a t i v a s . P a r a o último, as dimensões da p r i m e i r a l a g o a são g o v e r

n a d a s p e l o critério de que condições anaeróbias c o m p l e t a s não de

vem p r e v a l e c e r n a l a g o a ( 1 ) . I s t o u s u a l m e n t e r e q u e r tempos de detenção m a i o r e s que os c o n s i d e r a d o s j u s t i f i c a d o s p a r a a e f i c i e n t e utilização dos v o l u m e s das l a g o a s secundárias e terciárias. E n t r e t a n t o , as s e g u n d a e t e r c e i r a l a g o a s na s e r i e não estão s u j e i t a s as limitações i m p o s t a s p e l a s condições anaeróbias e, as s i m , devem t e r s e u s t e m p o s de detenção i g u a i s . 1.4 - R e a t o r e s de C a r g a Não D i s p e r s a ( " P l u g - F l o w " ) P a r a condições " p l u g - f l o w " a l e i de C h i c k a p l i c a - s e ( v i d e Eq. 2 . 1 ) , a q u a l t e m a solução N « N e "K t ( 2 . 1 3 ) o

1.5 - Relação e n t r e L a g o a I n d i v i d u a l , Série de L a g o a s , e Condi-ções de C a r g a não D i s p e r s a ( " P l u g - F l o w " )