Lagoas Facultativas: Dimensionamento

Profº Carlos Eduardo

Fonte: Profº Marcos Von Sperling e Profª. Gersina da Rocha

Lagoas Facultativas

Variante mais simples

Retenção dos esgotos por um período de tempo longo o suficiente para que os processos naturais de estabilização da matéria orgânica se desenvolvam.

Vantagens e Desvantagens

Predominância dos fenômenos naturais

Lagoas facultativa – Descrição do Processo

Lagoas facultativa – Descrição do ProcessoCaracterísticas do efluente de uma lagoa facultativa:Cor verde devido às algas;Elevado teor de oxigênio dissolvido;Sólidos em suspensão, embora

praticamente estes não sejam sedimentáveis (as algas praticamente não sedimentam no teste do cone Imhoff).

Critérios de projetosOs principais parâmetros de projeto das lagoas facultativas:

Taxa de aplicação superficial;Profundidade;Tempo de detenção;Geometria(relação comprimento/ largura)

Taxa de aplicação superficialCarga orgânica por unidade de

áreaBaseia-se na necessidade de se ter uma determinada área de exposição à luz solar na lagoa, para que o processo de fotossíntese ocorra.

Critérios de projetos

Objetivo: de se garantir a fotossíntese e, o crescimento de algas, é o de se ter uma produção de oxigênio suficiente para suprir a demanda de oxigênio.

Taxa de aplicação superficial (Ls)A área requerida para a lagoa é calculada em função da taxa de aplicação superficial (Ls). A taxa é expressa em termos da carga de DBO.

sLLA

Onde:A= área requerida para a lagoa (ha);L= carga de DBO total (solúvel + particulada) afluente (KgDBO5)/d);Ls= taxa de aplicação superficial

Taxa de aplicação superficial (Ls)A taxa a ser adotada, varia com a temperatura local, latitude, exposição solar, altitude e outros.

Equação proposta por Mara (1997), segundo o autor, possui aplicabilidade global:

TsL 072,1 50

Temperatura média do ar em °C

(Sperling, 2002).

A área requerida para a lagoa

Não há um valor máximo absoluto de área, a partir do qual o sistema de lagoas facultativas se torna inviável.

No Brasil há um sistema de lagoas ocupando 100 ha.

Argentina e Austrália, há sistema com mais de 300 ha.

Observar: Condições locais, da topografia, da geologia e do custo do terreno.Recomendação da minuta do Projeto de Norma para Lagoas(1991): A área de uma lagoa facultativa não deve ser maior que 15 ha.

Profundidade (H)A profundidade da lagoa H é um compromisso entre o volume requerido V e a área requerida A.

H = V/A

Aspectos relacionados com a profundidade das lagoas

Outros aspectos influem na seleção da profundidade.

Lagoas Rasas• H < 1,0 m: totalmente aeróbias;• área elevada, para atender o tempo de detenção;

• penetração total de luz;• produção maximizada de algas;• vegetação emergente:abrigo para larvas de mosquitos;

• São mais afetadas pela variação de temperatura.

• Possibilitam maior tempo de detenção;• Mais estável;• Maior volume de armazenamento de lodo;

• Os subprodutos da decomposição anaeróbios são liberados para as camadas superiores, demanda de oxigênio;

• Riscos de mau cheiro são reduzidos;• Permitem expansão futura para a inclusão de aeradores.

Lagoas Profundas

entre 1,5 a 3,0 m

1,5 a 2,0 m

mais usual

Após a obtenção do valor da área superficial (através da adoção de um valor para a taxa de aplicação superficial) e da adoção da profundidade, obtém-se o volume da lagoa.

V= H x A

Projetos

O conhecimento disponível é ainda limitado. Para otimizar a profundidade da lagoa de forma a obter o maior número de benefícios.

Profundidade (H)

Tempo de DetençãoAssociado ao volume e a vazão de projeto:

QVt

Onde:t = tempo de detenção (d);V = volume da lagoa (m3);Q =Vazão média afluente (m3.d);

Vazão média é a média entre a vazão afluente e a vazão efluente:

2

eflafl

média

QQQ

Tempo de Detenção

Lagoas facultativas primária, tratando esgoto doméstico.

t= 15 a 45 dias

O tempo de detenção requerido para oxidação da matéria orgânica varia com as condições locais, notadamente a temperatura.

Menores tempo de detenção- regiões em que a temperatura do líquido é elevada.

Esgotos concentrados - tempo de detenção elevado.

O tempo de detenção pode ser utilizado de uma das seguintes formas:

Adotar o t como um parâmetro explicito do projeto.

Após ter sido adotado t, calcula-se V:

V= t x Q

Como a área A já foi determinada com base no critério da taxa da aplicação, pode-se calcular H:

H= V/A

Geometria da lagoa(relação comprimento/largura)

Importante critério, influência no regime hidráulico da lagoa.

O regime hidráulico de fluxo de pistão é o mais eficiente em termos de remoção de DBO.

Regime mistura completa é mais indicado quando se tem um despejo com grande variedade de carga e à presença de compostos tóxicos.

Pode ser projetado para se aproximar das condições de fluxo em pistão ou mistura completa.fluxo em pistão (elevada relação comprimento/largura)

• As partículas entram continuamente no reator;

• Sem misturas longitudinais;• Concentração próximo a entrada é diferente a concentração de saída.

Geometria da Lagoa(relação comprimento/largura)

Geometria da Lagoa (relação comprimento/largura)

Mistura completa

Homogeneização em todo tanque possibilita a imediata dispersão dos poluentes;

A concentração logo se iguala a baixa concentração do efluente;

Menor eficiência na remoção de DBO.

Geometria da Lagoa (relação comprimento/largura)

A eficiência do sistema na remoção de poluentes modelados pela reação de primeira ordem (ex: DBO e coliformes) segue a ordem apresentada abaixo:

Lagoas fluxo em pistão

Série de lagoas de mistura completa

Lagoa única de mistura completa

Maior eficiência

Menor eficiência

Relação comprimento/largura

Elevada, tendem a fluxo pistão

Próximo a 1 lagoa quadrada, regime mistura completa.

Relação comprimento/largura (L/B) = 2 a 4

Geometria da lagoa (relação comprimento/largura)

Lagoas facultativas

LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃOLAGOAS FACULTATIVAS

Efluente de cor verde com elevado teor de O.D. e sólidos em suspensão não sedimentáveis (algas)

Estimativa da concentração efluente de DBO Fórmulas para o cálculo da concentração efluente S (DBOsolúvel)

Regime Hidráulico

Esquema Fórmula da concentração de DBO solúvel efluente (S)

Fluxo de pistão

S= S0 .e-kt

Mistura completa (1 celula)

Mistura completa (celulas iguais em série)

K.t1S 0

S

n

SS)

ntK 1(

0

Estimativa da concentração efluente de DBO

Fórmulas para o cálculo da concentração efluente (DBOsolúvel)

Onde:

S0 = Concentração de DBO total afluente (mg/L);

S= Concentração de DBOsolúvel afluente (mg/L);

K=Coeficiente de remoção de DBO (d-1)

t= tempo de detenção total (d)

n = número de lagoas em série (-)

Estimativa da concentração efluente de DBO

DBO total efluente = DBOsolúvel + DBOparticulada

1 mg SS/L = 0,3 a 0,4 mgDBO5/L

Sólidos em suspensão

1 mg SS/L = 1,0 a 1,5 mgDQO/L

DBO particulada = 0,3 a 0,4 mg DBO/L1mgSS/L

Eficiência de remoção de DBO

100S

S -

0

0 xSE

A maior parte dos coeficientes de remoção de DBO disponível na literatura são para mistura completa.

Faixa de valores para o dimensionamento do valor do coeficiente de remoção de DBO (K):

Lagoa K(20°C)Lagoas primárias (recebendo esgoto bruto)

0,30 a 0,40d-1

Lagoas secundárias (recebendo esgoto efluente de uma lagoa ou reator)

0,25 a 0,32d-1

Estimativa da concentração efluente de DBO

Para diferentes temperaturas de K pode ser corrigido através da seguinte equação:

KT= K20.θ(T-20)

Diferentes valores de θ propostos na literatura:

Para K = 0,35d-1, tem-se θ= 1,085

Para K = 0,30d-1, tem-se θ= 1,05

Acúmulo de Lodo Resultado dos sólidos em suspensão do esgoto bruto, incluindo:

areia, mais microrganismos (bactérias e algas)

sedimentado

Fração orgânica é estabilizada anaerobicamente, convertida em água e gases.

O volume acumulado é inferior ao volume sedimentado.

Acúmulo de lodo

A taxa de acúmulo do lodo em lagoas facultativas é da ordem de 0,03 a 0,08 m3/hab.ano

Elevação média da camada de lodo em torno de 1 a 3 cm/ano.

O ocupação do volume da lagoa é baixo

O lodo acumulará por diversos anos sem necessidade de remoção.

Lagoa Facultativa: Dispositivo de Saída

Lagoas Facultativas

Lagoas Facultativas

Lagoas Facultativas

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