aula 25-11-2013

Profa. Dra. Gersina N. da Rocha Carmo Junior

LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃOLAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO

Profa. Aparecida Sílvia Domingues

Tratamento Biológico de Esgotos Domésticos

Lagoas de Estabilização

Vantagens e Desvantagens

Curiosidades

Definição

Tipos de Tratamento

Conclusão

Lagoas Facultativas

Sistemas de Lagoas Anaeróbias Seguidas por Lagoas Facultativas

Lagoas Aeradas Facultativas

Lagoas de Maturação


Existe a séculos de lagoas artificiais ou naturais que recebem despejos animais, de uso domésticos, e de pequenas comunidades.

Realizam os fenômenos típicos e próprios de depuração das lagoas de estabilização.

Sem que os especialistas se dêem conta

LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃOLAGOAS DE ESTABILIZAÇÃOAs primeiras lagoas

Fenômenos constatados – Santa Rosa, na California (USA, 1924)

Evitar custo de uma estação de tratamento, se fez passar o esgoto sobre um leito de pedra.

Colmatação dos vazios e acumulação do esgoto.

Efluente da “lagoa” com características de um filtro biológico.

-Fesseden na Dakota do Norte (USA, 1928).

Não se tinha conseguido construir o sistema de tratamento para uma nova rede de coleta;

Não havendo corpo receptor adequado


As primeiras lagoas

Efluente foi dirigido a uma depressão do terreno fora da cidade.Qualidade do efluente final, comparado a de um tratamento secundário.

Permaneceu em operação durante 30 anos.


Apenas nos últimos 50 anos Experimentos objetivos e critérios racionais de projetos começaram a ser desenvolvidos.

Década de 40 lagoas apareciam lagoas com acompanhamento de sua operação, a partir da qual se procurava conhecer os parâmetros de acompanhamento.

Pesquisa objetivaPesquisa objetiva

Nos Estados Unidos: Estados de Dakota do Norte e Dakota do Sul, 1948:

Primeira lagoa projeta para receber e tratar especificamente esgoto bruto

Lagoa de MaddockLagoa de Maddock



Aproximadamente nesta mesma época na Austrália

Estudos para realizar o tratamento de esgotos em lagoas

Pioneiro em lagoas em série

““Lagoas Australianas”Lagoas Australianas”

LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃOLAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO1950, 1960

Desenvolvimento maior:

Estados Unidos, Austrália, Nova Zelândia, Israel, África do Sul, Índia, Canadá, e na América Latina, no Brasil, México, Colômbia, Peru, Costa Rica, Cuba, Equador.

BRASILBRASIL

Primeira lagoa construída a de São José dos Campos, São Paulo

Sistema Australiano

Indicação de uso das lagoas de estabilização:

Devido aos seguintes aspectos:

Suficiente disponibilidade de área em um grande número de localidades;

Clima favorável (temperatura e insolação elevadas);

Operação simples;

Necessidade de poucos ou nenhum equipamento.

Muito adequada para as condições do Brasil e da América Latina

Solução plenamente aceitável


ConceitoSão sistemas de tratamento biológico em que a estabilização da matéria orgânica é realizada pela oxidação bacteriológica (oxidação aeróbia ou fermentação anaeróbia) e/ou redução fotossintética das algas

Simplicidade e eficiência no processo, baixo custo de construção e operação, condições climáticas extremamente favoráveis.

Completa aceitação no Brasil.

LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃOLAGOAS DE ESTABILIZAÇÃODiversas variantes do sistema de lagoas de estabilização

Costumam ser classificada em:lagoas anaeróbias;Lagoa facultativas;Lagoas estritamente aeróbias;Lagoas de maturação;Lagoas de polimento;Lagoas aeradas;Lagoas com macrófitas

LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃOLAGOAS DE ESTABILIZAÇÃOModernamente, as lagoas devem cumprir dois objetivos principais:

A proteção ambiental

Remoção da DBO

A proteção da saúde pública

Remoção de organismos patogênicos

Eficiência

Matéria orgânica dissolvida no efluente

30 a 50mg/l

Eficiência de DBO entre 75 a 85%

Lagoa de maturação em série têm-se alcançado até 99,999%


Importante campo de aplicação

Preparar o efluente para uso na agricultura e aguacultura.

Diretrizes recentes estabelecidas pela Organização Mundial da Saúde

Qualidade microbiológica dos efluentes tratados usados em culturas consumidas cruas, campos esportivos ou parques públicos.

Inferior a 1000 CF/100mlUma série de lagoas estabilização pode alcançar esta qualidade

Média geométrica


Os limites estabelecidos na Resolução n°357/05 do CONAMA

Para águas de classe 2: irrigação de hortaliças e plantas frutíferas, fixam que :

80% ou mais de pelo menos 5 amostras mensais, ≤1000 CF/100 ml, e ≤ 5000 CT/100ml.

Coliformes fecais

Coliformes totais

LAGOAS DE LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃOESTABILIZAÇÃO

Escolha do processo de tratamento por lagoas:

•Onde a terra é barata;

•Clima favorável;

•Se deseja método de tratamento que não requeira equipamentos;

•Não requeira capacidade especial de operadores.

Construção simples, envolvendo principalmente movimento de terra

Terminologia frequentemente adotada

Relaciona-se à sua posição na série de unidades de tratamento

Lagoa primária: primeira lagoa da série

Lagoa Facultativa ou anaeróbia recebe esgoto bruto

Lagoa secundária: segunda lagoa da sérieRecebe esgoto da lagoa à montante, facultativaLagoa terciárias, quaternárias, etc: ocupam a terceira, quarta etc posição na série

Usualmente lagoas de maturação

posição na série de unidades de tratamento


Tem que existir equilíbrio entre a condições locais e a carga poluidora.

Projeto criterioso

Caso contrário, inconvenientes:

Exalação de mau cheiro;

Estética desfavorável;

Efluente com DBO elevada;

Coliformes fecais em excesso;

Mosquitos, etc.


Lagoa AnaeróbiaLagoa Anaeróbia


Lagoas Anaeróbias

Constituem-se em uma forma alternativa de tratamento onde a existência de condições estritamente anaeróbias é essencial.

Para isso, o lançamento de uma grande carga de DBO por unidade de volume da lagoa.

A taxa de consumo de oxigênio é várias vezes superior à taxa de produção.


Lagoas Anaeróbias

Tudo se processa como num digestor anaeróbio ou numa fossa séptica.

Utilização:Utilização: tratamento de esgotos domésticos e despejos industriais predominantemente orgânicos, com altos teores de DBO, como matadouros, laticínios, bebidas, etc.


Lagoas Anaeróbias

Descrição do Processo

Conversão anaeróbia é um processo sequêncial:Se desenvolve em duas etapas:

LiquefaçãoLiquefação e formação de ácidose formação de ácidos (através das bactérias acidogênicas); e

Formação de metanoFormação de metano (através das bactérias metanogênicas).

a) Microorganismos facultativos, bactérias acidogênicasAusência de oxigênio, transformam compostos orgânicos complexos em substâncias mais simples, principalmente ácidos orgânicos.

Liquefação

Formação de ácidos

“fase digestão ácida”

Lagoas Anaeróbias

Produção de material celular;Produtos mal cheirosos (gás sulfidrico, mercaptana);pH baixa para 6, até 5.

Primeira fase:

b) bactérias metanogênicas

Transformam os ácidos orgânicos formados na fase inicial em metâno (CH4) e dióxido de carbono (CO2)

“Fermentação metânica ou alcalina”

Formação de escuma de cor cinzenta e aspecto feio;Maus odores desaparecempH sobe para 7,2 ou 7,5;Temperatura deve manter-se acima de 15°C.

LAGOAS DE LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃOESTABILIZAÇÃOLagoas Anaeróbias

Segunda fase:

Bactérias metanogênicas são bastante sensíveis às condições ambientais

Redução da taxa de reprodução

Acúmulo de ácidos formados na primeira etapa

Lagoas AnaeróbiasLagoas Anaeróbias

Conseqüências

Interrupção da remoção da DBO;

Geração de maus odores, os ácidos são extremamente fétidos.

Equilíbrio entre as duas comunidades de bactérias

Fundamental

Lagoas AnaeróbiasLagoas AnaeróbiasCondições para o desenvolvimento das bactérias metanogênicas:Ausências de oxigênio dissolvido;Temperatura do líquido adequada (acima de 15°C);pH adequado (próximo ou superior a 7)

Lagoa Anaeróbia

Etapa inicial remoção de poluentes: ação de forças físicasSólidos suspensos

Sólidos sedimentáveis

Microrganismos da degradação da MO, são encontrados em toda massa líquida


Na fase de digestão ácida praticamente não ocorre a redução de DBO ou DQO, o que vai acontecer na fermentação metânica.

!A crosta cinzenta escura de escuma, típica de lagoas anaeróbias extremamente benéfica , pois:impede o desprendimento de gás sulfídrico para a atmosfera;

Interpõe à penetração de luz solar na lagoa, impedindo assim o desenvolvimento de algas, que produzem oxigênio na camada superior;

Protege a lagoa contra curto – circuitos, agitação provocada pelos ventos, e transferência d oxigênio da atmosfera;

Conserva e uniformiza a temperatura no meio líquido, impedindo a sua alteração por súbita modificação no meio externo;

Impede o maior aquecimento da superfície líquida durante o dia, e o rápido esfriamento durante a noite.


Contin...

Lagoa anaeróbia


Camada flotante

Espessura e área de recobrimento da lagoa bastante variáveis.

Mantida para diminuir o contato entre a massa líquida e o oxigênio (redução da perda de calor, minimizar emissões de odores);

Conservação ou retirada da camada flotante

Removida para evitar a proliferação de mosquitos e atenuar os aspectos visuais indesejáveis.

Conservação ou retirada da camada flotante


Decisão final:

Relacionada às condições ambientais da região Clima frio: não remoção

Lagoa Anaeróbia substitui com vantagem:Decantadores primários;Adensadores de lodos;Digestores anaeróbios;Unidades de desaguamento de lodos.


Eficiência de remoção de DBO

50 a 70%

Necessidade de unidade posterior de tratamento

Sistemas de lagoas anaeróbias seguidas de lagoas facultativas

Sistema Australiano


Economia de área para lagoa facultativa

45 a 70% do requisito de uma lagoa facultativa única

Área total (lagoas anaeróbia + facultativas)

Redução de custos de aquisição de terreno e obras civis.

A remoção de DBO na lagoa anaeróbia proporciona


Grade

FaseSólida

FaseSólida

Cx de areia

Medição de vazão

Lagoa Anaeróbia Lagoa Facultativa

Corpo Recepto

r

Sistema Australiano


Fator negativo

Risco potencial de exalação de maus odores

Acúmulo de materiais flutuantes

Sistema equilibrado, não ocorrência de maus odores


Fatores ambientais que interferem no processoTemperaturaAção dos ventos;Insolação e precipitação pluviométricaVentoVentossEfeitos adversos:

Danos físicos por erosão dos taludes internos devido à formação de ondas.

Recomenda-se: a proteção dos taludes, no mínimo 30cm abaixo e 30cm acima do nível da água.

Efeitos adversos:

VentosVentos

Formação de curto-circuitos hidráulicos na lagoa;Acúmulo de material flutuante em pontos localizados da lagoa

Fatores ambientais que interferem no processoTemperaturTemperaturaaFator determinante da velocidade de crescimento e atividade de degradação bioquímica.Depende da combinação de vários Depende da combinação de vários fatores:fatores:Temperatura do esgoto afluente;Temperatura do ar e radiação solar;Vazão do esgoto afluente;Ação dos ventos;Volume da lagoa;Área superficial da lagoa.

Fatores ambientais que interferem no processoTemperaturTemperaturaaValores de interesse, condições de inverno;

A atividade de fermentação do lodo não ocorre significativamente em temperaturas abaixo de 17°C.

Aumenta em atividade na proporção de quatro vezes para cada 5° C de elevação de temperatura entre 4°C e 22°C

Atividade biológica máxima, verão, temperatura na ordem de 30°C

Fatores ambientais que interferem no processo

Balanço hídricoBalanço hídrico

Poucos estudos conclusivos sobre o efeito das precipitações pluviométricas

Efeito negativo ocorre de maneira indireta:

Aumento considerável da vazão de esgotos por vazões parasitárias nas redes de esgoto ou introdução indevida de águas pluviais.

Em oposição a evaporaçãoProblemas hidráulicos devido o abaixamento indesejado do nível de água.

Interesse em regiões com reduzido índice pluviométrico e elevadas temperaturas-Nordeste brasileiro

Fatores ambientais que interferem no processoBalanço hídricoBalanço hídrico

Configuração de Lagoas Anaeróbias

Características construtivas simplificadas

Cuidados especiais

Adequada mistura, minimização de curtos-circuitos ou formação de camadas estratificadas

Relação comprimento/largura não superior a 3

Classificação das lagoas anaeróbias em dois modelos hidráulicos básicos :

Lagoa anaeróbia convencional;

Lagoa anaeróbia de alta taxa.

Configuração de Lagoas Anaeróbias

Grade

FaseSólida

FaseSólida

Cx de areia

Medição de vazão Lagoa

Anaeróbia

Grade

FaseSólida

FaseSólida

Cx de areia

a) Convencional

b)Alta TaxaBanco de lodos

Banco de lodos

Lagoa anaeróbia – Padre Bernardo - GO

LAGOAS ANAERÓBIAS + LAGOAS FACULTATIVASLAGOAS ANAERÓBIAS + LAGOAS FACULTATIVASLAGOAS ANAERÓBIAS + LAGOAS FACULTATIVASLAGOAS ANAERÓBIAS + LAGOAS FACULTATIVAS

Configurações de Lagoas Anaeróbias e Problemas Operacionais Associados


Critérios de Critérios de dimensionamentodimensionamentoUma lagoa anaeróbia criteriosamente projetada pode operar livre de maus odores, oferecendo uma redução de DBO na faixa de 50 até 70%.Os principais parâmetros de projeto das lagoas anaeróbias são:Tempo de detenção hidráulico;Taxa de aplicação volumétrica;Profundidade;Geometria(relação comprimento/largura).

Tempo de detenção hidráulico (θh)Deve ser suficiente para a sedimentação dos sólidos e degradação anaeróbia da matéria orgânica solúvel


Bactérias formadoras de metano requerem de 3 a 6 dias, as de crescimento mais rápido e de 20 a 30 dias, as de crescimento mais lento.

Tempo de detenção hidráulico para esgoto doméstico pode ser adotado de 3 a 6 dias.


Temperatura Temperatura da lagoa (°C)da lagoa (°C)

Tempo de Tempo de detenção (detenção (θh) )

(dias)(dias)

Remoção de Remoção de provável de provável de DBODBO55 (%) (%)

10-1510-15 4-54-5 30-4030-40

15-2015-20 3-43-4 40-5040-50

20-2520-25 2,5-32,5-3 50-6050-60

25-3025-30 2-52-5 60-7060-70

Tempo de detenção hidráulico(θh), expresso em dias(Faixas admissíveis)

Q = Vazão média afluente (m3/d)θh = Tempo de detenção hidráulica (d)

V = Volume requerido para a lagoa (m3)

θh= V/ Q

Tempo de detenção hidráulico


Lagoas Anaeróbias



Lagoas Anaeróbias

Nas lagoa anaeróbias convencionaisNas lagoa anaeróbias convencionais

Tempos inferiores a 3 dias, poderá ocorrera a saída das bactérias metanogênicas com como o efluente da lagoa (fatores hidráulicos) seja superior a própria taxa de reprodução, a qual é lenta(fatores biológicos).



Nas lagoa anaeróbias convencionaisNas lagoa anaeróbias convencionais

Tempos superiores a 6 dias, a lagoa anaeróbia poderia se comportar ocasionalmente como uma lagoa facultativa.

CRITÉRIOS DE DIMENSIONAMENTO

Lagoas Anaeróbias

Taxa de aplicação volumétrica (Lv)

Principal parâmetro de projeto das lagoa anaeróbias, é função da temperatura.

Locais mais quentes permitem uma maior taxa (menor volume).

ProfundidadeProjetar uma lagoa mais profunda, com 3,5 a 5,0

metros de profundidade.

Vantagens da lagoa mais profunda:

Menor área superficial;

Menor ação do meio externo sobre o meio líquido;

Volume adequada para acumulação de sólidos.Não havendo desarenação prévia

recomenda-se profundidade adicional de 0,50 m no mínimo junto a entrada.

CRITÉRIOS DE DIMENSIONAMENTOCRITÉRIOS DE DIMENSIONAMENTO

aula 25-11-2013

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