projeto lagoas de estabilização
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Projeto de tratamento de águas residuárias por lagoas de estabilização.TRANSCRIPT
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UNIVERSIDADE FEDERAL DE MATO GROSSO
FACULDADE DE ARQUITETURA, ENGENHARIA E TECNOLOGIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL
ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL
THAYNÁ ALBUQUERQUE SILVA
PROJETO DE TRATAMENTO DE ÁGUAS RESIDUÁRIAS:
LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO
CUIABÁ - MT
DEZEMBRO – 2014
2
UNIVERSIDADE FEDERAL DE MATO GROSSO
FACULDADE DE ARQUITETURA, ENGENHARIA E TECNOLOGIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL
ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL
THAYNÁ ALBUQUERQUE SILVA
PROJETO DE TRATAMENTO DE ÁGUAS RESIDUÁRIAS:
LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO
CUIABÁ - MT
DEZEMBRO – 2014
Projeto apresentado junto ao professor
Lourivaldo Bernardino como um dos
requisitos para obtenção da nota parcial
de trabalhos na disciplina de
Tratamento de Águas Residuárias.
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SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO .................................................................................................................................. 6
2. OBJETIVOS ....................................................................................................................................... 7
OBJETIVOS GERAIS .................................................................................................................. 7 2.1.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS .......................................................................................................... 7 2.2.
3. MEMORIAL DESCRITIVO .................................................................................................................. 8
CARACTERIZAÇÃO DO MUNICÍPIO ATENDIDO E DO CORPO RECEPTOR ................................. 8 3.1.
CONSIDERAÇÕES INICIAIS PARA O DIMENSIONAMENTO ....................................................... 9 3.2.
3.2.1. Processo de tratamento .................................................................................................. 9
3.2.2. Estimativa populacional ................................................................................................ 10
3.2.3. Vazão média de esgoto (Qe) ......................................................................................... 11
3.2.4. Variações da vazão de esgoto ....................................................................................... 11
CARGA DE DBO ...................................................................................................................... 12 3.3.
TAXA DE APLICAÇÃO SUPERFICIAL (Ls) ................................................................................. 12 3.4.
ÁREA REQUERIDA (Ar) ........................................................................................................... 12 3.5.
PROFUNDIDADE DA LAGOA (h) ............................................................................................. 13 3.6.
VOLUME (V) ........................................................................................................................... 13 3.7.
TEMPO DE DETENÇÃO HIDRÁULICO (Td) .............................................................................. 13 3.8.
GEOMETRIA DAS LAGOAS ..................................................................................................... 14 3.9.
ÁREA TOTAL (At) ................................................................................................................ 14 3.10.
COEFICIENTE DE DECAIMENTO BACTERIANO (Kb) ............................................................ 15 3.11.
CONCENTRAÇÃO DE COLIFORMES FECAIS NO EFLUENTE (Ne) ......................................... 15 3.12.
EFICIÊNCIA DA LAGOA EM REMOÇÃO DE DBO (η DBO) ................................................... 15 3.13.
CONCENTRAÇÃO DE DBO NO EFLUENTE (Se) ................................................................... 16 3.14.
EFICIÊNCIA TOTAL.............................................................................................................. 16 3.15.
CONCENTRAÇÃO DE DBO FINAL ........................................................................................ 16 3.16.
REMOÇÃO DE HELMINTOS (R) .......................................................................................... 16 3.17.
4. MEMORIAL DE CÁLCULO ............................................................................................................... 17
4.1.1. Estimativa populacional ................................................................................................ 17
4.1.2. Vazão média de esgoto (Qe) ......................................................................................... 17
4.1.3. Variações de vazão de esgoto ....................................................................................... 17
4.1.3.1. Vazão máxima de esgoto .......................................................................................... 17
4.1.3.2. Vazão mínima de esgoto ........................................................................................... 18
LAGOA FACULTATIVA ............................................................................................................ 18 4.2.
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4.2.1. Cálculo da carga afluente de DBO5,20 (L) ....................................................................... 18
4.2.2. Taxa de aplicação superficial (Ls) .................................................................................. 18
4.2.3. Área requerida (Ar) ....................................................................................................... 19
4.2.5. Tempo de detenção (Td) ............................................................................................... 19
4.2.6. Adoção de um valor para o coeficiente de remoção de DBO (KT) ................................ 20
4.2.7. Estimativa da DBO efluente solúvel (S) ......................................................................... 20
4.2.8. Estimativa da DBO efluente particulada ....................................................................... 20
4.2.10. Cálculo da eficiência na remoção da DBO ..................................................................... 21
4.2.11. Dimensões da lagoa ...................................................................................................... 21
4.2.12. Área total requerida para todo o sistema ..................................................................... 22
4.2.13. Acúmulo de lodo anual (VL) ........................................................................................... 22
4.2.14. Espessura da camada de lodo ....................................................................................... 22
4.2.15. Regime hidráulico adotado ........................................................................................... 23
4.2.16. Número de dispersão (d) ............................................................................................... 23
4.2.17. Decaimento bacteriano (kbt - 20ºC) ............................................................................. 23
4.2.18. Concentração de coliformes (a) .................................................................................... 24
4.2.19. Eficiência de remoção de coliformes (Ecf) .................................................................... 24
LAGOA DE MATURAÇÃO (3 lagoas em série) ........................................................................ 27 4.3.
4.3.1. Volume das lagoas ......................................................................................................... 27
4.3.2. Área requerida (Ar) ....................................................................................................... 27
4.3.3. Área total ....................................................................................................................... 28
4.3.4. Número de Dispersão .................................................................................................... 28
4.3.5. Decaimento bacteriano (Kbt - 20ºC) ............................................................................. 29
4.3.6. Concentração de coliformes efluentes da 1ª lagoa da série ......................................... 29
4.3.7. Eficiência de remoção na 1ª lagoa da série ................................................................... 29
4.3.8. Concentração de coliformes no efluente final (Nef) ..................................................... 30
4.3.9. Dimensões ..................................................................................................................... 30
5. MEMORIAL OPERACIONAL ............................................................................................................ 33
EQUIPE DE TRABALHO ........................................................................................................... 33 5.1.
ASPECTOS CONSTRUTIVOS .................................................................................................... 34 5.2.
CARREGAMENTO DAS LAGOAS ............................................................................................. 35 5.3.
5.3.1. Início de operação de lagoas em sistema em série ....................................................... 36
OPERAÇÃO ............................................................................................................................. 36 5.4.
5.4.1. Coleta de amostras ........................................................................................................ 37
5
MANUTENÇÃO ...................................................................................................................... 37 5.5.
5.5.1. Aspectos de limpeza ...................................................................................................... 37
5.5.2. Conservação dos taludes ............................................................................................... 38
5.5.3. Órgãos auxiliares ........................................................................................................... 38
6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ..................................................................................................... 39
6
1. INTRODUÇÃO
Há séculos existem lagoas naturais ou artificiais que recebem despejos de animais, de
usos domésticos, e de pequenas comunidades, que, sem que os especialistas se deem conta,
realizam os fenômenos típicos e próprios de depuração das lagoas de estabilização. Porém,
foram apenas nos últimos cinquenta anos que experimentos objetivos e critérios racionais de
projeto começaram a ser desenvolvidos, de modo a se estabelecer parâmetros de carga
orgânica, tempo de detenção, profundidade, etc (VON SPERLING, 2014).
As lagoas de estabilização são 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. De acordo com a forma
predominante pela qual se dá a estabilização da matéria orgânica a ser tratada, as lagoas
costumam ser classificadas em: anaeróbias; estritamente aeróbias; facultativas; de maturação;
de polimento; aeradas; e com macrófitas (JORDÃO; PESSÔA, 2014).
Na verdade, as lagoas de estabilização são lagoas, quer naturais ou artificiais, em que
prevalecem condições técnicas adequadas aos fenômenos físicos, químicos e biológicos que
caracterizam a autodepuração. A matéria orgânica é estabilizada principalmente pela ação das
bactérias, embora alguns fungos e protozoários também participem do processo (JORDÃO;
PESSÔA, 2014).
A solução de lagoas como forma de tratamento de esgotos é muito adequada para as
condições do Brasil e América Latina, com climas favoráveis e grande extensão de áreas
planas, e a experiência alcançada já indica esta solução como plenamente aceitável. No
entanto, se o projeto não for criterioso, o tratamento adequado, e se deixar de existir equilíbrio
entre as condições locais e as cargas poluidoras, os inconvenientes dos demais processos
certamente aparecerão: exalação de mau cheiro, estética desfavorável, efluente com DBO
elevada, coliformes fecais em excesso, etc (JORDÃO; PESSÔA, 2014).
Em termos de eficiência, as lagoas de estabilização, quando bem projetadas e
operadas, produzem efluentes com excelentes condições sanitárias, refletidas nas baixas
densidades de coliformes fecais e remoções superiores a 90% para vírus (MAYNARD et al.,
1999), além de uma efetiva remoção de DBO5, que pode atingir proporções de até 90%,
considerada suficiente para o atendimento das exigências legais previstas ao lançamento de
efluentes em corpos d’água (VON SPERLING, 2002).
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O presente projeto apresenta o dimensionamento de lagoas facultativas e de
maturação. Nas lagoas facultativas, o tratamento de esgoto é realizado de forma natural, ou
seja, no seu projeto e operação procura-se possibilitar um perfeito sincronismo de condições,
propícios à sobrevivência espécies de microrganismos responsáveis pela realização do
tratamento (HOEPPNER, 2007). O termo facultativo refere-se à dualidade ambiental
característica desse tipo de lagoa: aeróbia na superfície e anaeróbia no fundo. Durante a maior
parte do dia prevalecem as condições aeróbias na maior parte da coluna líquida, devido
principalmente à produção de oxigênio fotossintético e a reaeração superficial. A noite,
cessada a incidência da luz solar sobre a lagoa, passa a prevalecer a condição anaeróbia na
maior parte da coluna líquida (KELLNER e PIRES, 1998).
E por fim as lagoas de maturação ou de “polimento” possibilitam um pós-tratamento
considerado adequado a efluente de quaisquer sistemas de tratamento de esgoto, cujo objetivo
principal é a remoção de organismos patogênicos, ajudando também no decaimento da DBO.
A lagoa de maturação consiste numa opção de desinfecção bastante eficiente e econômica,
quando comparada a métodos convencionais (SPERLING, 2002).
2. OBJETIVOS
OBJETIVOS GERAIS 2.1.
Aplicar os conhecimentos adquiridos em sala de aula para a realização do
dimensionamento de um sistema de tratamento de águas residuárias residencial.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS 2.2.
Aprender a fazer uma instalação típica de um sistema de tratamento de lagoas
de estabilização;
Dimensionar os componentes do sistema de tratamento de acordo com a
população a ser atendida e a vazão de esgoto a ser tratada;
Consultar normas técnicas específicas e a bibliografia para o dimensionamento
dos componentes do sistema;
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3. MEMORIAL DESCRITIVO
O presente memorial refere-se a um projeto executivo de Reatores, no caso, Lagoas de
Estabilização, que foi dimensionado a fim de atender alguns bairros do município de Guarantã
do Norte, que juntos contam com uma população atual residente de 10.200 habitantes. Foi
admitido um horizonte de projeto de 20 anos, para isso, estimou-se a população futura destes
bairros através dos dados da taxa de crescimento populacional, oriundos do Instituto
Brasileiro de Geografia e Estatística – IBGE.
O sistema de tratamento implantado na Estação de Tratamento de Esgoto será
composto por três fases, sendo elas respectivamente: tratamento preliminar; lagoa facultativa;
e lagoa de maturação.
CARACTERIZAÇÃO DO MUNICÍPIO ATENDIDO E DO CORPO 3.1.
RECEPTOR
O município de Guarantã do Norte nasceu do assentamento agrário realizado pela
Cooperativa de Erechim Ltda. e INCRA. Em 1980 chegaram as primeiras famílias vindas do
Rio Grande do Sul que formaram a Vila Cotrel, vindo logo em seguida os Brasiguaios.
A cidade está crescendo e conta hoje com uma população estimada em 32.216
habitantes. O município nasceu com um ideal agropecuário e hoje fortalece cada vez mais este
setor, principalmente com a preocupação de preservação do meio ambiente.
O município de Guarantã do Norte possui uma área territorial de 4.763,3 Km², sendo
65,9 km² somente de área urbana, constituída ainda de 5.558 residências urbanas. Localiza-se
a uma latitude 09º47'15"sul e a uma longitude54º54'36" oeste, estando a uma altitude de 345
metros (IBGE, 2013).
Neste projeto o corpo receptor será o Rio Braço, o qual é classificado segundo o
CONAMA (2005) como rio de classe 2. Uma observação interessante é que todos os rios do
estado de Mato Grosso pertencem a essa classe.
Para a implantação da Estação de Tratamento dos Esgotos estudaram-se as áreas mais
propensas à implantação, avaliando-se os critérios de localização referente à disponibilidade
de área, corpo receptor, condições de acesso à área, disponibilidade de energia elétrica,
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características do solo e a propensão a inundações, visando uma redução de custos com a
implantação da ETE.
A área que foi destinada a implantação da Estação de Tratamento de Esgoto está
localizada próxima à área urbana do município, estando cerca de 1km do centro urbano, e o
corpo receptor em que o efluente será lançado está localizado aproximadamente a 5
quilômetros da cidade, possuindo uma grande extensão da bacia.
CONSIDERAÇÕES INICIAIS PARA O DIMENSIONAMENTO 3.2.
O projeto foi realizado para dimensionamento do seguinte sistema de lagoas de
estabilização em paralelo: Lagoa facultativa primária (sendo duas em paralelo) + Lagoa de
maturação (três lagoas em série).
A contribuição dos esgotos à ETE caracteriza-se exclusivamente por esgotos
domésticos. As vazões mínima, média e máxima, assim como as cargas orgânicas afluentes a
ETE são mostrados no decorrer do memorial.
Desta maneira, foi realizado o dimensionamento segundo Von Sperling (2002). Foram
dimensionadas lagoas facultativas em paralelo para um melhor aproveitamento de recursos,
isto é, realizar a etapalização do projeto e diminuir o custo inicial dos investimentos, bem
como preservar a segurança do sistema, facilitando possíveis obras de manutenção, sem que
seja necessária a paralisação do sistema para tal.
Assim, para que fosse possível a realização deste projeto, adotamos valores como:
População inicial: 10.200 habitantes;
TAR: 20 a 37 ºC;
BBO5,20 afluente: 300 mg/L;
Coliformes Esgoto Bruto (N0): 50.000.000 CF/100 mL;
Consumo per capita de água: 0,25 m³/hab.dia;
3.2.1. Processo de tratamento
O processo de tratamento adotado para a ETE será constituído das seguintes etapas:
I. Tratamento Preliminar
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Grade de limpeza manual
Desarenador manual tipo canal
Medidor de vazão tipo Parshall
II. Lagoa facultativa
III. Lagoa de maturação
O esgoto afluente à ETE passará inicialmente por uma grade de limpeza manual que
removerá o material de grande porte presente no liquido. Da grade, o esgoto será destinado ao
desarenador tipo canal, cujo objetivo é a sedimentação da areia. Uma vez que existirão dois
canais no desarenador, o isolamento de um deles, através de comportas manuais, permitirá a
remoção da areia depositada, que também terá sua disposição final nas valas sanitárias que
serão instaladas dentro da ETE.
O efluente do desarenador passará por um medidor de vazão do tipo Parshall, sendo
levado diretamente para a lagoa facultativa. Vale ressaltar que a utilização de lagoas
anaeróbias foi dispensada no presente projeto, uma vez que a carga orgânica apresentada foi
muito baixa, podendo o efluente ser tratado satisfatoriamente apenas com o emprego da lagoa
facultativa.
Assim, o efluente é lançado no fundo da lagoa facultativa. O processo das lagoas
facultativas, segundo Von Sperling (1986), consiste na retenção dos esgotos por um período
de tempo longo o suficiente para que os processos naturais de estabilização da matéria
orgânica se desenvolvam. O efluente da lagoa facultativa será lançado na lagoa de maturação,
de modo a proporcionar a desinfecção do mesmo.
As lagoas de maturação possibilitam um pós-tratamento do efluente de qualquer
sistema de tratamento de esgotos. O principal objetivo destas lagoas é a remoção dos
organismos patogênicos, porém, também há uma remoção adicional de DBO. As lagoas de
maturação constituem-se numa alternativa bastante econômica à desinfecção do efluente por
métodos mais convencionais, como a cloração. O efluente final que sai da lagoa de maturação
será lançado no corpo receptor.
3.2.2. Estimativa populacional
As obras de tratamento de esgoto das cidades devem ser projetadas para atender a uma
determinada população, em geral maior que a atual, devido ao crescimento demográfico que
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ocorre com o passar dos anos. Devido a isso, estimou-se a população para daqui a 20 anos,
através dos dados da população inicial e da taxa de crescimento populacional, oriundos do
Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística – IBGE.
Através desses dados foi empregado o método de projeção populacional denominado
de projeção geométrica, o qual considera o crescimento populacional em função da população
existente a cada instante, levando a uma maior precisão de resultados.
A uma taxa de crescimento de 1,17% ao ano, foi projetada para daqui a 20 anos uma
população total de 12.872 habitantes.
3.2.3. Vazão média de esgoto (Qe)
De maneira geral, a produção de esgotos corresponde aproximadamente ao consumo
de água. No entanto, a fração de esgotos que adentra a rede coletora pode variar, devido ao
fato de que parte da água consumida pode ser incorporada à rede pluvial ou pode ser desviada
por outros fatores de influência como, por exemplo, ligações clandestinas de esgoto à rede
pluvial. A fração de água que adentra a rede de coleta na forma de esgoto é denominada
coeficiente de retorno (R), e varia de 40% a 100%.
Para a realização dos cálculos da vazão de projeto, foi considerado o consumo per
capita de água do município atendido (250 l/hab.dia) e um coeficiente de retorno de 80%,
sendo calculada uma vazão de esgoto de 2.574,3 m³/dia.
Deve-se destacar que a vazão de água a ser considerada é a vazão realmente
consumida, e não a vazão produzida pelas ETAs, uma vez que as vazões produzidas são
superiores que as consumidas em virtude das perdas que ocorrem no sistema.
3.2.4. Variações da vazão de esgoto
O consumo de água e a geração de esgotos em uma localidade variam ao longo do dia
(variações horárias), ao longo da semana (variações diárias) e ao longo do mês (variações
sazonais).
A vazão máxima é obtida através da vazão média multiplicada pelos coeficientes do
dia de maior consumo (K1) e da hora de maior consumo (K2). Foi encontrada uma vazão
máxima de 4.633,80 m³/dia. Já a vazão mínima é dada pela multiplicação da vazão média
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encontrada pelo coeficiente da hora de menor consumo (K3), tendo sido encontrada uma
vazão mínima de 1.287,17 m³/dia.
CARGA DE DBO 3.3.
A carga de DBO foi calculada em função da DBO afluente e da vazão afluente,
obtendo-se um resultado de 772,3 kgDBO/dia.
TAXA DE APLICAÇÃO SUPERFICIAL (Ls) 3.4.
Este é o principal item de projeto da lagoa facultativa, e baseia-se na necessidade de se
ter uma determinada área de exposição à luz solar na lagoa, para que o processo de
fotossíntese ocorra, permitindo a produção de oxigênio suficiente para a estabilização da
matéria orgânica.
A taxa a ser adotada varia com a temperatura local, latitude, exposição solar, altitude,
entre outros. Há diversas equações empíricas disponíveis na literatura internacional,
correlacionando a taxa de aplicação superficial com a temperatura.
A equação utilizada no presente projeto foi proposta por Mara (1997) que, segundo
ele, possui aplicabilidade global. A equação utiliza a temperatura média do ar no mês mais
frio, sendo que este é o mês mais crítico, no funcionamento da lagoa, em termos das
velocidades das reações bioquímicas.
Partindo de uma temperatura média do ar no mês mais frio de 20 ºC, calculou-se uma
taxa de aplicação superficial de 253 kgDBO/hab.dia.
ÁREA REQUERIDA (Ar) 3.5.
A área requerida para a lagoa facultativa é calculada em função da relação existente
entre a carga de DBO (L) e a taxa de aplicação superficial (Ls). Para o presente projeto foi
encontrada uma área total requerida de 3,05 ha. Porém, como foi feita a opção do uso de duas
lagoas em paralelo, a área requerida para cada lagoa é de 1,52 ha.
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Já a área requerida para a lagoa de maturação é calculada em função da relação
existente entre o volume da lagoa e a profundidade da mesma. A área requerida para cada
lagoa de maturação é de 1,93 ha. Como serão usadas 3 lagoas, será necessária uma área total
de 5,79 ha.
PROFUNDIDADE DA LAGOA (h) 3.6.
A profundidade tem influência em aspectos físicos, biológicos e hidrodinâmicos da
lagoa. Von Sperling (2002) recomenda que as faixas de profundidade a serem adotadas para
as lagoas facultativas devam estar entre 1,5 a 3,0 metros, sendo mais comum a utilização entre
1,2 a 2,0 metros. Foi adotada para o atual projeto uma profundidade de 2,0 metros, de modo a
oferecer maior segurança nas condições anaeróbias do meio.
Já para as lagoas de maturação o recomendado é que a profundidade esteja entre o
intervalo de 0,8 a 1,0 metros, de modo a evitar regiões anaeróbias. Portanto, foi adotada uma
profundidade de 0,80 metros.
VOLUME (V) 3.7.
Após a obtenção do valor da área superficial e da adoção da profundidade, obtém-se o
volume da lagoa facultativa, que resulta da multiplicação dos dois fatores. A mesma apresenta
um volume total de 61.033,8 m³.
Já o volume da lagoa de maturação é obtido pela multiplicação entre a vazão de
projeto e o tempo de detenção hidráulico. Foi calculado um volume de 15.446,0 m³.
TEMPO DE DETENÇÃO HIDRÁULICO (Td) 3.8.
O critério tempo de detenção é um parâmetro de verificação e diz respeito ao tempo
necessário para que os microrganismos procedam à estabilização da matéria orgânica no
reator (lagoa), portanto, ele está diretamente relacionado à atividade das bactérias.
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O tempo de detenção na lagoa facultativa está associado ao volume e à vazão de
projeto, portanto, foi encontrado um tempo de 24 dias, estando de acordo com o recomendado
(15 a 45 dias). Para as lagoas de maturação o tempo mínimo de detenção é de 3 dias, tendo
sido adotado 6 dias para cada lagoa.
GEOMETRIA DAS LAGOAS 3.9.
A relação comprimento/largura tem influência no regime hidráulico das lagoas.
No caso da lagoa facultativa, ela pode ser projetada para se aproximar a condições de
fluxo em pistão ou mistura completa. Mais frequentemente, esta relação L/B se situa na faixa
de 2 a 4, tendo sido adotada a relação 2,5.
Partindo da adoção desta relação, foram calculadas as dimensões da base e do
comprimento da lagoa, sendo elas:
Base (B): 78,1 metros;
Comprimento (L): 195,3 metros.
Para as lagoas de maturação foi adotada uma relação L/B 2, sendo as dimensões
calculadas:
Base (B): 98 metros;
Comprimento (L): 197 metros.
ÁREA TOTAL (At) 3.10.
Tanto a área total da lagoa facultativa quanto a da lagoa de maturação é cerca de 25%
a 33% maior do que a área requerida calculada. Considerando um aumento de 30% para a
lagoa facultativa projetou-se uma área de 3,97 ha. Para a lagoa de maturação foi estipulado
um aumento de 25%, resultando em uma área total de 7,24 ha.
15
COEFICIENTE DE DECAIMENTO BACTERIANO (Kb) 3.11.
O coeficiente de caimento de coliformes tem uma grande influência na estimativa da
concentração efluente de coliformes. Ele sofre influência de diversos fatores, tais como
concentração de oxigênio dissolvido, pH, radiação solar, cargas de DBO, além da
configuração física da lagoa.
O coeficiente de decaimento bacteriano, expresso em d-1
, é calculado em relação a
temperatura média do ar no mês mais frio (Tar). Regiões com temperaturas mais elevadas
possuem uma melhor remoção de DBO.
CONCENTRAÇÃO DE COLIFORMES FECAIS NO EFLUENTE (Ne) 3.12.
A eficiência da lagoa em remoção de coliformes termotolerantes é dada pela diferença
entre o número de coliformes que entraram na lagoa e o número de coliformes que saíram da
lagoa, sendo o resultado expresso em porcentagem ou em log.
Os limites estabelecidos na Resolução n° 357/05 do Conselho Nacional do Meio
Ambiente para águas da Classe 2, fixam 80% ou mais de pelo menos 5 amostras mensais, ≤
1000 CF/100ml, e ≤ 5000 CT/100ml (JORDÃO, 2011).
As lagoas de maturação devem atingir elevadíssimas eficiências na remoção de
coliformes (E> 99,9 ou 99,99%), para que possam ser cumpridos os requisitos para utilização
do efluente para irrigação.
Quando se possui mais de uma célula de lagoa de maturação, cada célula remove certa
quantidade de coliformes. Para o cálculo da eficiência de remoção das células é necessário
obter-se a densidade de CF, que é dada em relação ao tempo de detenção, ao decaimento
bacteriano, ao número de células e a concentração de coliformes no efluente.
EFICIÊNCIA DA LAGOA EM REMOÇÃO DE DBO (η DBO) 3.13.
As lagoas apresentam excelente eficiência de tratamento. A matéria orgânica
dissolvida no efluente das lagoas é bastante estável e a DBO geralmente encontra-se numa
faixa de 30 a 50 mg/l nas lagoas facultativas (havendo uma separação de algas, esta
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concentração pode reduzir-se para 20 a 30 mg/l). Em termos de eficiência de remoção de
DBO, a faixa típica situa-se entre 75 e 85% (JORDÃO, 2011).
A eficiência de remoção da DBO de uma lagoa depende do seu tempo de detenção e
do coeficiente de decaimento bacteriano. Em regiões com maiores temperaturas, a remoção da
DBO será maior, pois o seu coeficiente de decaimento bacteriano será maior.
CONCENTRAÇÃO DE DBO NO EFLUENTE (Se) 3.14.
A concentração de DBO no efluente é o quanto de DBO foi removida desde a entrada
do efluente na lagoa em questão. Ela é dada através da eficiência da lagoa (η), o número de
células (n) e a concentração de entrada da DBO (S0).
EFICIÊNCIA TOTAL 3.15.
A eficiência total de remoção de DBO é obtida pela diferença entre a DBO de entrada
do efluente e a DBO de saída.
Já a eficiência total de remoção de coliformes termotolerantes é dada pela diferença da
quantidade de CF presentes no efluente de entrada pela quantidade de CF presentes no
efluente de saída.
CONCENTRAÇÃO DE DBO FINAL 3.16.
A concentração de DBO no final do sistema é encontrada através dos valores da DBO
de entrada na primeira lagoa do sistema, no caso, a lagoa facultativa primária, da eficiência
total de remoção da DBO e do número de células de lagoa de maturação, no caso, três células.
REMOÇÃO DE HELMINTOS (R) 3.17.
Os helmintos são facilmente removidos nas lagoas de estabilização, por sedimentação,
ao contrário do que ocorrem nos demais processos de tratamento. A importância da remoção
de ovos de helmintos está relacionada com as diretrizes da OMS para irrigação restrita e
irrestrita, recomendando valor menor que 1 ovo/litro (JORDÃO, 2011).
17
4. MEMORIAL DE CÁLCULO
DIMENSIONAMENTOS INICIAIS 4.1.
4.1.1. Estimativa populacional
Em que: Pf = população final de projeto;
Pi = população inicial (hab);
Tx = taxa de crescimento populacional (%);
t = período de projeto (anos).
4.1.2. Vazão média de esgoto (Qe)
Em que: Pf = população final de projeto (hab);
QPC = quota per capita de água (L/hab.dia);
R = coeficiente de retorno.
4.1.3. Variações de vazão de esgoto
4.1.3.1. Vazão máxima de esgoto
Em que: Qe = vazão média de esgoto (m³/s);
18
K1 = coeficiente do dia de maior consumo (1,2);
K2 = coeficiente da hora de maior consumo (1,5).
4.1.3.2. Vazão mínima de esgoto
Em que: Qe = vazão média de esgoto (m³/s);
K3 = coeficiente da hora de menor consumo (0,5);
LAGOA FACULTATIVA 4.2.
4.2.1. Cálculo da carga afluente de DBO5,20 (L)
Em que: S0 = DBO5,20 afluente (mg/l);
Qe = vazão média de esgoto (m³/dia).
4.2.2. Taxa de aplicação superficial (Ls)
Em que: T = temperatura média do ar no mês mais frio (ºC).
19
4.2.3. Área requerida (Ar)
Em que: L = carga de DBO (KgDBO/dia)
Ls = taxa de aplicação superficial (KgDBO/ha.dia).
4.2.4. Volume (V)
Em que: Ar = área requerida (m²);
H = profundidade adotada (m).
4.2.5. Tempo de detenção (Td)
Em que: V = volume (m³);
Qe = vazão de esgoto (m³/dia).
20
4.2.6. Adoção de um valor para o coeficiente de remoção de DBO (KT)
Regime de mistura completa a 20°C → K = 0,35 d-1
4.2.7. Estimativa da DBO efluente solúvel (S)
Utilizando-se o modelo de mistura completa (admitindo-se uma célula não
predominantemente longitudinal), tem-se:
Em que: S0 = DBO total afluente (mg/l);
K = coeficiente de remoção de DBO (d-1
);
Td = tempo de detenção (dias).
4.2.8. Estimativa da DBO efluente particulada
Admitindo-se uma concentração de sólidos suspensos (SS) no efluente igual a 80 mg/l
(varia de 60 a 100 mg/l) e considerando-se que cada 1mgSS/l implica uma DBO5 em torno de
0,35 mg/l, tem-se:
Em que: SS = concentração de sólidos suspensos no efluente (mg/l).;
DBO = DBO5 de 1 mgSS/L.
21
4.2.9. DBO efluente total
Em que: DBOS = DBO solúvel (mg/l);
DBOP = DBO particulada (mg/l);
4.2.10. Cálculo da eficiência na remoção da DBO
Em que: S0 = DBO total afluente (mg/l);
S = DBO efluente solúvel (mg/l).
4.2.11. Dimensões da lagoa
Adotando-se uma relação L/B = 2,5 tem-se:
Em que: Ar = área requerida (m²);
n = número de lagoas.
22
4.2.11.1. Dimensionamento da base (B):
√
√
4.2.11.2. Dimensionamento do comprimento (L):
4.2.12. Área total requerida para todo o sistema
Em que: Ar = área requerida (m²).
4.2.13. Acúmulo de lodo anual (VL)
Em que: AcL = acúmulo de lodo por habitante (0,05 m³/hab);
Pf = população final (hab).
4.2.14. Espessura da camada de lodo
23
Após 20 anos de operação, o lodo ocupa 17% da profundidade útil das lagoas.
4.2.15. Regime hidráulico adotado
Regime de fluxo disperso.
4.2.16. Número de dispersão (d)
⁄
4.2.17. Decaimento bacteriano (kbt - 20ºC)
Em que: h = profundidade da lagoa (m).
24
4.2.18. Concentração de coliformes (a)
√
Em que: Kbt = decaimento bacteriano (d-1
);
Td = tempo de detenção (dias);
d = número de dispersão (-).
√
4.2.18.1. Concentração de coliformes por 100 ml (N)
⁄
⁄ ⁄
Em que: N0 = coliformes esgoto bruto (CF/100 ml);
a = concentração de coliformes (-);
d = número de dispersão (-).
Essa concentração efluente da lagoa facultativa é a concentração afluente da etapa
relativa a lagoa de maturação.
4.2.19. Eficiência de remoção de coliformes (Ecf)
Em que: N0 = concentração coliformes esgoto bruto (CF/100 ml);
N = concentração de coliformes por 100 ml (CF/100ml).
25
4.2.20. Dimensões das lagoas facultativas
4.2.20.1. Comprimento do fundo (Lf)
(
)
Em que: L = comprimento da lagoa (m);
L/B = relação definida anteriormente;
h = profundidade da lagoa (m).
4.2.20.2. Comprimento no N.A. (Lna)
(
)
Em que: L = comprimento da lagoa (m);
L/B = relação definida anteriormente;
h = profundidade da lagoa (m).
4.2.20.3. Comprimento na crista (Lcr)
(
)
Em que: Lna = comprimento no N.A. (m);
L/B = relação definida anteriormente;
Bl = borda livre (m).
26
4.2.20.4. Base no fundo (Bf)
(
)
Em que: B = base da lagoa (m);
L/B = relação definida anteriormente;
h = profundidade da lagoa (m).
4.2.20.5. Base no N.A. (Bna)
(
)
Em que: B = base da lagoa (m);
L/B = relação definida anteriormente;
h = profundidade da lagoa (m).
4.2.20.6. Base na crista (Bcr)
(
)
Em que: Bna = base no N.A. (m);
L/B = relação definida anteriormente;
27
Bl = borda livre (m).
LAGOA DE MATURAÇÃO (3 lagoas em série) 4.3.
4.3.1. Volume das lagoas
Foi adotado um tempo de detenção total igual há 18 dias, sendo 6 dias para cada lagoa
de maturação.
Em que: Td = tempo de detenção (dias);
Qe = vazão de projeto (m³/dia).
4.3.2. Área requerida (Ar)
Profundidade: h = 0,8 m (adotada).
Em que: V = volume da lagoa (m³);
h = profundidade da lagoa (m).
Relação L/B = 2;
28
4.3.2.1. Base da Lagoa (B)
√
Em que: Ar = área requerida (m²).
√
4.3.2.2. Comprimento da lagoa (L)
Em que: B = base (m).
4.3.3. Área total
A área total requerida pela lagoa de maturação (incluindo taludes, vias etc) é em torno
de 25% superior á área líquida determinada. Portanto, a área total requerida é estimada como:
4.3.4. Número de Dispersão
⁄
29
4.3.5. Decaimento bacteriano (Kbt - 20ºC)
Em que: h = profundidade da lagoa (m).
4.3.6. Concentração de coliformes efluentes da 1ª lagoa da série
√
Em que: Kbt = decaimento bacteriano (d-1
);
Td = tempo de detenção (dias);
d = número de dispersão (-).
√
4.3.6.1. Concentração de coliformes por 100 ml na 1ª lagoa (Nm)
⁄
⁄ ⁄
Em que: N0 = coliformes esgoto bruto (CF/100 ml);
a = concentração de coliformes (-);
d = número de dispersão (-).
4.3.7. Eficiência de remoção na 1ª lagoa da série
30
Em que: Nf = concentração coliformes na lagoa facultativa (CF/100 ml);
Nm = concentração de coliformes na 1ª lagoa de maturação (CF/100ml).
Considerando que as três lagoas de maturação apresentam as mesmas dimensões,
pode-se calcular a eficiência da série de n=3 lagoas:
Em que: n = número de lagoas.
4.3.8. Concentração de coliformes no efluente final (Nef)
Em que: Nf = concentração de coliformes na lagoa facultativa (CF/100ml);
E3 = eficiência nas três lagoas (%).
4.3.9. Dimensões
4.3.9.1. Comprimento do fundo (Lf)
(
)
31
Em que: L = comprimento da lagoa (m);
L/B = relação definida anteriormente;
h = profundidade da lagoa (m).
4.3.9.2. Comprimento no N.A. (Lna)
(
)
Em que: L = comprimento da lagoa (m);
L/B = relação definida anteriormente;
h = profundidade da lagoa (m).
4.3.9.3. Comprimento na crista (Lcr)
(
)
Em que: Lna = comprimento no N.A. (m);
L/B = relação definida anteriormente;
Bl = borda livre (m).
32
4.3.9.4. Base no fundo (Bf)
(
)
Em que: B = base da lagoa (m);
L/B = relação definida anteriormente;
h = profundidade da lagoa (m).
4.3.9.5. Base no N.A. (Bna)
(
)
Em que: B = base da lagoa (m);
L/B = relação definida anteriormente;
h = profundidade da lagoa (m).
4.3.9.6. Base na crista (Bcr)
(
)
Em que: Bna = base no N.A. (m);
L/B = relação definida anteriormente;
Bl = borda livre (m).
33
5. MEMORIAL OPERACIONAL
A operacionalidade da estação de tratamento de efluente constitui um conceito que
deve ser aplicado desde a fase inicial de concepção do projeto. A operacionalidade pode ser
entendida como as facilidades que o projeto da ETE proporciona aos operadores para alcançar
as eficiências de projeto e os objetivos de desempenho. Neste sentido, a fase de projeto
apresenta particular importância em relação às características de flexibilidade operacional,
comportamento do processo, e operação e manutenção propriamente ditas.
Outro aspecto crítico relativo ao desempenho das estações de tratamento é a própria
rotina de operação e o acompanhamento técnico do processo de que dispõe o operador, seja
em relação à modernidade ou à disponibilidade dos instrumentos e equipamentos de
laboratório e controle. Existe uma série de procedimentos de operação e manutenção que
devem ser executados rotineiramente em uma ETE, que se descumpridas reduzirão a
eficiência do tratamento causando, consequentemente, problemas ambientais e danos à saúde
da população.
O êxito do funcionamento eficiente de qualquer processo de tratamento de esgoto não
depende exclusivamente da evidente viabilidade e concepção criteriosamente desenvolvida
pelo projetista. O dimensionamento economicamente otimizado e o projeto minunciosamente
detalhado, devem ser complementados com uma construção e operação adequada. A
negligência poderá acarretar os insucessos comumente transferidos para o processo de
tratamento adotado.
A aceitação progressiva das lagoas de estabilização é devida principalmente à
simplicidade e custo reduzidos dos serviços relativos à manutenção e operação do processo. O
presente item objetiva citar as principais diretrizes a serem seguidas para a construção e
operação do sistema de tratamento adotado.
EQUIPE DE TRABALHO 5.1.
Em uma lagoa de estabilização, a maior parte do pessoal está associada a atividades
simples de manutenção, como corte de grama, limpeza em geral, entre outras funções. A
necessidade de pessoal técnico qualificado é baixa.
34
O pessoal técnico qualificado é necessário no setor técnico-administrativo e de
operação/manutenção das lagoas. Para as funções administrativas empregam-se: engenheiro
superintendente, secretária, auxiliar e motorista; e para funções de Operação/Manutenção:
engenheiro chefe, químico, laboratorista, mecânico-eletricista e operadores, divididos em
turnos de oito horas, além de trabalhadores braçais para outras funções. Para o bom
funcionamento do sistema, deve atuar um montante de dezesseis funcionários.
ASPECTOS CONSTRUTIVOS 5.2.
Geralmente, uma lagoa de estabilização poderá necessitar das seguintes fases:
i. Locação: a locação topográfica da lagoa e de suas obras complementares precedem
qualquer serviço;
ii. Desmatamento: compreende a derrubada e o desenraizamento das árvores existentes
na área a ser ocupada pela lagoa e vias de acesso. O material removido deverá ser
transportado para local afastado da obra;
iii. Raspagem: consiste em remover a camada da superfície considerada inadequada para
aproveitamento nas obras da lagoa (fundo, dique, etc.);
iv. Escavação: deverão ser dadas condições de escoamento das águas acumuladas de
chuva ou de inundação;
v. Escarificação: para melhor aderência dos diques e da camada do fundo com o solo
escavado, empregam-se tratores com arados, de forma a permitir formar uma ligação
íntima do solo com o material utilizado para o fundo e diques;
vi. Terraplanagem: necessário quando o material removido na escavação não pode ser
aproveitado, ou não é suficiente para a construção dos diques;
vii. Construção dos diques: pequenas barragens de terra;
viii. Preparação do fundo: o fundo do solo deverá ser em nível e homogêneo, isento de
fendas e vegetações;
ix. Dispositivo de entrada: garantem a homogeneização do líquido afluente com o líquido
retido;
x. Dispositivo de saída: localizado no sentido do vento predominante, de modo a arrastar
qualquer material flutuante para o local da saída;
35
xi. Canalizações de conexão: registros e vertedores ajustáveis que permitem controlar ou
variar os níveis entre lagoas;
xii. Dispositivos de medição: realizada por meio de vertedores triangulares ou calha
Parshall;
xiii. Dispositivos de distribuição proporcional de vazão: garantem uma distribuição
proporcional da vazão afluente, de acordo com a carga hidráulica ou orgânica pré-
estabelecida para cada unidade.
CARREGAMENTO DAS LAGOAS 5.3.
O carregamento deve ser preferencialmente no verão, quando há temperaturas mais
elevadas.
O carregamento inicial pode ser efetuado com o enchimento da lagoa com uma
mistura de água bombeada do córrego e do esgoto a ser tratado e deve ser feito da seguinte
maneira:
Fazer uma mistura esgoto/água (diluição com uma relação igual ou superior a 1/5);
Encher a lagoa com uma lâmina em torno de 0,40m;
Aguardar alguns dias, até que ser verifique, visualmente, o aparecimento de algas;
Nos dias subsequentes, adicionar mais esgotos, ou mistura esgoto/água, até ocorrer
uma floração de algas;
Interromper a alimentação por um período de 7 a 14 dias;
Encher a lagoa com esgoto até o nível de operação;
Interromper a alimentação;
Aguardar o estabelecimento de uma população de algas (em torno de 7 a 14 dias);
Alimentar normalmente a lagoa com esgotos.
Caso não haja água disponível, as lagoas podem ser cheias com esgoto bruto e
deixadas por cerca de 3 a 4 semanas, de forma a permitir o desenvolvimento da população
microbiana. Certa liberação de odor será inevitável neste período.
Durante todo o período de carregamento, deve haver um acompanhamento por
operadores com experiência no processo. O período de carregamento pode durar 60 dias, até
que se estabeleça no meio uma comunidade biológica equilibrada.
36
5.3.1. Início de operação de lagoas em sistema em série
A partida das lagoas situadas a jusante da lagoa primária pode ser efetuada segundo as
seguintes recomendações (CETESB, 1989):
Iniciar o enchimento das lagoas quando a lâmina d’água na lagoa primária atingir um
valor mínimo de 1,0 m;
Fechar os dispositivos de saída das lagoas;
A adição de água nas lagoas deve ser feita até se ter uma lâmina de 1,0 m;
Quando a lagoa primária atingir o nível de operação, o seu efluente pode ser dirigido
para a célula subsequente, tomando-se as seguintes precauções:
o Retirar os stop-logs lentamente, impedindo que a lâmina d’água da unidade
precedente caia abaixo de 1,0 m;
o Equalizar as lâminas em todas as lagoas de forma lenta;
o Evitar a situação em que uma lagoa esteja totalmente cheia, enquanto a unidade
subsequente está vazia.
OPERAÇÃO 5.4.
A operação das lagoas de estabilização é de extrema simplicidade e resume-se em
controlar e favorecer os fenômenos físicos, químicos e biológicos que caracterizam o
processo, considerados no projeto. Após o estabelecimento do equilíbrio biológico, no início
do funcionamento da lagoa, a operação ficará limitada a exames de rotina. As análises serão
realizadas apenas para acompanhamento de resultados, e outras eventuais somente em casos
de desequilíbrio ou em estudos especiais.
Três aspectos principais devem ser considerados na operação da lagoa:
Inspeção diária da lagoa;
Coleta de amostras e avaliação do desempenho;
Identificação de possíveis fatores desfavoráveis e adoção de medidas
corretivas.
O operador deverá percorrer o perímetro das lagoas diariamente, observando e
anotando em boletim diário apropriado, as principais ocorrências existentes, como por
37
exemplo: levantamento de lodo; manchas verdes na superfície, erosão nos taludes; presença
de aves/insetos; infiltração visível; medidor de vazão em perfeito funcionamento; limpeza das
grades e caixas de areia , etc. Além disso, as condições meteorológicas devem ser observadas:
temperatura do ar; temperatura do esgoto; condições do céu; direção predominante dos
ventos; e intensidade dos ventos.
5.4.1. Coleta de amostras
A amostragem deverá ser feita de acordo com as características do sistema da lagoa.
Devido à variabilidade diurna de vários parâmetros de qualidade nas lagoas de estabilização, a
amostragem realizada deverá ser composta. Caso haja dificuldades na coleta de amostras
compostas, pode haver uma amostra única coletada por meio de tubulação coletora
apropriada, que retira uma coluna d’água em toda a profundidade da lagoa, sendo os
resultados comparáveis ao de uma amostra composta.
Os dados obtidos nessas coletas/amostras deverão ser transformados em gráficos de
acompanhamento do desempenho das lagoas, com ampla participação do operador no seu
acompanhamento. Os dados podem ser agrupados em diversas escalas como: diária, semanal,
mensal, eventual.
MANUTENÇÃO 5.5.
A manutenção resume-se em conservar as características pré-estabelecidas em projeto
e indispensáveis ao bom funcionamento do processo. Como o funcionamento não exige
dispositivos mecanizados, a manutenção resume-se em serviços de conservação, ou seja,
manutenção preventiva das obras e dispositivos construídos.
5.5.1. Aspectos de limpeza
As vias de acesso e as demais áreas desmatadas deverão ser conservadas isentas de
vegetação. As áreas próximas à linha d’água e aos dispositivos de controle e medição exigem
a presença frequente das equipes de conservação. Além destas áreas, é importante que os
38
locais onde estejam instaladas as placas de aviso e as cercas também sejam mantidos em
condições de fácil acesso.
5.5.2. Conservação dos taludes
Os taludes necessitam de vistorias periódicas e cuidadosas. As infiltrações, quando
constatadas, deverão ser imediatamente corrigidas. A forma do talude, selecionada em
projeto, deverá ser mantida. Os dispositivos de proteção contra erosão exigem também
vistorias periódicas.
5.5.3. Órgãos auxiliares
Os dispositivos de entrada e saída, de medições, e demais órgãos auxiliares necessitam
de vistorias e limpezas periódicas. O deslocamento, devido à acomodação do terreno onde
estão instaladas estas unidades, poderá causar rachaduras nas caneletas ou caixas,
prejudicando sensivelmente as manobras e medições necessárias ao controle e operação do
processo. As canalizações e conexões também exigem manutenção preventiva, com a
finalidade de evitar acúmulo de material estranho.
É importante que os serviços de limpeza e remoção do material retido nas grades de
barras e nas caixas de areia sejam feitos corretamente.
39
6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
BRASIL. Ministério do Meio Ambiente, Conselho Nacional do Meio Ambiente, CONAMA.
Resolução CONAMA n° 357, de 17 de março de 2005.
JORDÃO, E. P.; PESSÔA, C. A. Tratamento de Esgotos Domésticos. 7. ed. Rio de Janeiro,
2014. 1050 p.
KELNNER, E.; PIRES, E. C. Lagoas de Estabilização: projeto e operação. Rio de Janeiro:
ABES, 1998. p.244.
VON SPERLING, M. Lagoas de Estabilização. 2 ed. – Belo Horizonte. Departamento de
Engenharia Sanitária e Ambiental; Universidade Federal de Minas Gerais; 2002. 196 p.
VON SPERLING, M. Introdução à qualidade das águas e ao tratamento de esgotos. 4. ed.
– Belo Horizonte: Editora UFMG, 2014. 472 p.