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Isaac Volschan Jr., D.Sc.Isaac Volschan Jr., D.Sc.Prof.Adjunto - Depto. de Recursos Hídricos e Meio AmbienteProf.Adjunto - Depto. de Recursos Hídricos e Meio AmbienteEscola Politécnica - UFRJEscola Politécnica - UFRJ
Isaac Volschan Jr., D.Sc.Isaac Volschan Jr., D.Sc.Prof.Adjunto - Depto. de Recursos Hídricos e Meio AmbienteProf.Adjunto - Depto. de Recursos Hídricos e Meio AmbienteEscola Politécnica - UFRJEscola Politécnica - UFRJ
Isaac Volschan Jr., D.Sc.Isaac Volschan Jr., D.Sc.Prof.Adjunto - Depto. de Recursos Hídricos e Meio AmbienteProf.Adjunto - Depto. de Recursos Hídricos e Meio AmbienteEscola Politécnica - UFRJEscola Politécnica - UFRJ
•• FACULTATIVAS FACULTATIVAS
LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO VANTAGENSVANTAGENS DESVANTAGENSDESVANTAGENS
• C,O&M simplificada• custos reduzidos I,O&M• equipamentos mecanizados• variação de cargas• lodo: 20 anos
• grandes áreas• eficiência limitada• remoção de algas• clima• vegetação e insetos
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L LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO FACULTATIVASAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO FACULTATIVAS
algas
CO2
bactérias
O2
CO2 CH4 H2Sre
spir
açãoDBOsol
fotossíntese
ZONA AERÓBIA
DBOpart
O2
CO2
ZONA FACULTATIVA
ZONA ANAERÓBIA
N e P
BRUTO TRATADO
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• processo contínuo, tempo de detenção elevado• zonas aeróbia, facultativa e anaeróbia
• zona aeróbia• estabilização bioquímica M.O.solúvel• microrgânismos aeróbios: consumo de O2 e produção CO2
• radiação solar: fotossíntese das algas e disponibilidade de O2
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L LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO FACULTATIVASAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO FACULTATIVAS
ZONA AERÓBIA
ZONA FACULTATIVA
ZONA ANAERÓBIA
• zona anaeróbia• sedimentação M.O. particulada + estabilização anaeróbia• microrgânismos anaeróbios: H2O, CH4 , CO2
• zona facultativa
• consumo O2 > produção O2 , microrgânismos facultativos
• noite: ausência O2
• processo natural• não requer equipamentos• decomposição lenta M.O.• elevado tempo de detenção• eficácia da fotossíntese: grande área de exposiçãoradiação solar• reator biológico: grande área superficial• efluente:
• cor esverdeada devido `as algas• elevado teor O2
• sólidos em suspensão não sedimentáveisIsaac Volschan Jr., D.Sc.Isaac Volschan Jr., D.Sc.Prof.Adjunto - Depto. de Recursos Hídricos e Meio AmbienteProf.Adjunto - Depto. de Recursos Hídricos e Meio AmbienteEscola Politécnica - UFRJEscola Politécnica - UFRJ
L LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO FACULTATIVASAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO FACULTATIVAS
ZONA AERÓBIA
ZONA FACULTATIVA
ZONA ANAERÓBIA
• 104 - 106 organismos/100 ml = 200 mgSST/l
• algas verdes clorofíceas e algas azuis cianofíceas
• fotossíntese: radiação luminosa x produção M.O
• CO2 + H2O + energia→→→→ M.O. + O2
• respiração 24 hs/d: oxidação M.O.
• M.O. + O2 →→→→ CO2 + H2O + energia crescimento,reprodução, locomoção
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L LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO FACULTATIVASAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO FACULTATIVAS - - ALGASALGAS - -
ZONA AERÓBIA
ZONA FACULTATIVA
ZONA ANAERÓBIA
• produção O2 (15) : oxidação M.O. (1)
• maior quantidade próxima à superfície (50 cm): altaprodução O2
• produção O2 = oxidação M.O. + decomposição aeróbia:oxipausa
• acima: aerobiose, abaixo: anaerobiose
• variação em 24 hs x fotossíntese: elevação `a noite,aprofundamento durante o dia
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L LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO FACULTATIVASAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO FACULTATIVAS FATORES INTERVENIENTESFATORES INTERVENIENTES
ZONA AERÓBIA
ZONA FACULTATIVA
ZONA ANAERÓBIA
• radiação solar
• velocidade de fotossíntese
• temperatura
• velocidade de fotossíntese
• taxa de decomposição bacteriana
• solubilidade e transferência de gases
• condições de mistura: estratificação térmica
g/s
cal/m2.d
5C
15C
25C
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LLAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO FACULTATIVASAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO FACULTATIVASFATORES INTERVENIENTESFATORES INTERVENIENTES
ZONA AERÓBIA
ZONA FACULTATIVA
ZONA ANAERÓBIA
• condições de mistura
• curtos-circuitos hidráulicos
• zonas estagnadas
• DBO, algas e O2: homogeneização vertical
• resuspensão de algas não motoras sedimentáveis
• oxigenação das camadas + profundas
• ventos
• desobstrução do acesso de ventos
• contorno + regularIsaac Volschan Jr., D.Sc.Isaac Volschan Jr., D.Sc.Prof.Adjunto - Depto. de Recursos Hídricos e Meio AmbienteProf.Adjunto - Depto. de Recursos Hídricos e Meio AmbienteEscola Politécnica - UFRJEscola Politécnica - UFRJ
LLAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO FACULTATIVASAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO FACULTATIVASFATORES INTERVENIENTESFATORES INTERVENIENTES
ZONA AERÓBIA
ZONA FACULTATIVA
ZONA ANAERÓBIA
• critérios empíricos e complementares
• TAXA DE APLICAÇÃO SUPERFICIALTAXA DE APLICAÇÃO SUPERFICIAL
• área de exposição à luz solar, fotossíntese,crescimento de algas, produção O2 > consumo O2
• atividade das algas
• TEMPO DE DETENÇÃOTEMPO DE DETENÇÃO
• tempo p/ estabilização bioquímica M.O.
• atividade dos microrgânismos
• GLOYNAGLOYNAIsaac Volschan Jr., D.Sc.Isaac Volschan Jr., D.Sc.Prof.Adjunto - Depto. de Recursos Hídricos e Meio AmbienteProf.Adjunto - Depto. de Recursos Hídricos e Meio AmbienteEscola Politécnica - UFRJEscola Politécnica - UFRJ
LLAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO FACULTATIVASAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO FACULTATIVASCRITÉRIOS DE DIMENSIONAMENTOCRITÉRIOS DE DIMENSIONAMENTO
• Ls= kgDBO/ha.d• temperatura• radiação solar: latitude, altitude• exposição solar
INVERNO• quente
• moderado• frio
INSOLAÇÃO• elevada
• moderada• baixa
Ls (kgDBO/ha.d)
• 240-350• 120-240• 100-180
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LLAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO FACULTATIVASAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO FACULTATIVAS TAXA DE APLICAÇÃO SUPERFICIALTAXA DE APLICAÇÃO SUPERFICIAL
• temperatura média do ar (Mara e Pearson)temperatura média do ar (Mara e Pearson)• Ls= 50 x 1,072T
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LLAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO FACULTATIVASAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO FACULTATIVAS TAXA DE APLICAÇÃO SUPERFICIALTAXA DE APLICAÇÃO SUPERFICIAL
• 15 d < td < 45 d
• <td : temperaturas + elevadas
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LLAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO FACULTATIVASAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO FACULTATIVAS
PROFUNDIDADE
• 1,5 m < h < 3,0 m
TEMPO DE DETENÇÃO
• h < 1,0 m: totalmente aeróbias
• área elevada
• penetração total de luz
• produção maximizada de algas
• decaimento bacteriano
• vegetação emergente: mosquitos
• variação de temperatura, > taxa de decomposição,anaerobiose
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LLAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO FACULTATIVASAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO FACULTATIVASLAGOAS RASAS = LAGOAS AERÓBIASLAGOAS RASAS = LAGOAS AERÓBIAS
• 1,5 m < h < 3,0 m
• performance mais estável
• qualidade mais uniforme
• armazenamento de lodo
• aeróbia, facultativa, anaeróbia
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LLAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO FACULTATIVASAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO FACULTATIVASLAGOAS PROFUNDASLAGOAS PROFUNDAS
• remoção DBO: reação de primeira ordem
• taxa de remoção proporcional à concentração dosubstrato
• geometria do reator biológico: regime hidráulico
• implicações na performance do processo
• mistura completa < fluxo disperso < fluxo em pistão
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LLAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO FACULTATIVASAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO FACULTATIVASESTIMATIVA DA EFICIÊNCIA DO PROCESSOESTIMATIVA DA EFICIÊNCIA DO PROCESSO
• predominantemente quadrados: L/B=1• total homogeneização e dispersão• DBO reator = DBO efluente• menor eficiência• sobrecarga e carga tóxica
So So
d t
So Se
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SSsol= So/(1+k.t) Sesol= So/(1+k.t) Se
LLAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO FACULTATIVASAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO FACULTATIVASMISTURA COMPLETAMISTURA COMPLETA
• predominantemente longitudinais: L/B>5• sem mistura longitudinal• > DBO cabeceira: > taxa de remoção• < DBO final: < taxa de remoção• maior eficiência
S
So
Sesol= So. e-k.t
d t
SeSo
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LLAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO FACULTATIVASAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO FACULTATIVASFLUXO EM PISTÃOFLUXO EM PISTÃO
So
SeSesol= So. e-k.t
• regime hidráulico intermediário: maioria dos reatores• L/B= 2 e 4• S= So . (4.a . e1/2d)/(1+ a)2 . ea/2d - (1- a)2 . e-a/2d
• a= √√√√ 1 + 4.K.t.d
So So
Sesol
d t
So Se
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LLAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO FACULTATIVASAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO FACULTATIVASFLUXO DISPERSOFLUXO DISPERSO
SSe
K20 = 0,30 - 035 d-1
• KT= K20 . θθθθ T-20
• K20= 0,30 , θθθθ=1,085 (EPA)
• K20= 0,35 , θθθθ=1,05 (Silva e Mara)
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LLAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO FACULTATIVASAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO FACULTATIVASREMOÇÃO DO SUBSTRATOREMOÇÃO DO SUBSTRATO
K = 0,132 . logLs - 0,146 (Arceivala)
• Ls=120 kgDBO/ha.d , K=0,128
• Ls=140 kgDBO/ha.d , K=0,137
• Ls=160 kgDBO/ha.d , K=0,145
• Ls=180 kgDBO/ha.d , K=0,152
• Ls=200 kgDBO/ha.d , K=0,158
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LLAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO FACULTATIVASAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO FACULTATIVASREMOÇÃO DO SUBSTRATOREMOÇÃO DO SUBSTRATO
• d = infinito: mistura completa
• d = zero: fluxo em pistão
• fluxo disperso (Yanes)
d = (L/B)/-0,261 + 0,254 . (L/B) + 1,014 . (L/B)2
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LLAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO FACULTATIVASAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO FACULTATIVASNÚMERO DE DISPERSÃO DO FLUXO DISPERSONÚMERO DE DISPERSÃO DO FLUXO DISPERSO
• V = (7/200) . Q . La . 1,085 (35-T)
• La: DBO última
• La= DBO5 / (1-10)-K.t
• KT = K20 . 1,035(T-20)
• K20 = 0,1 d-1
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LLAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO FACULTATIVASAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO FACULTATIVASMÉTODO DE GLOYNAMÉTODO DE GLOYNA
•• padrões: concentração máxima DBOsol e SST padrões: concentração máxima DBOsol e SST
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LLAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO FACULTATIVASAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO FACULTATIVASALGAS E DBO SOLÚVEL E PARTICULADAALGAS E DBO SOLÚVEL E PARTICULADA
ZONA AERÓBIA
ZONA FACULTATIVA
ZONA ANAERÓBIA
So Se
• sedimentação de sólidos
• orgânicos: decomposição anaeróbia, água e gases
• minerais (5%) e inorgânicos: acúmulo = lodo
• 0,03 - 0,08 m3/hab.ano (Arceivala)
• 1,5 - 2,3 cm/ano (Silva)
• variação ao longo do ano
• temperatura x decomposição anaeróbia
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LLAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO FACULTATIVASAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO FACULTATIVASACÚMULO DE LODOACÚMULO DE LODO
• LOCAÇÃO DA LAGOA
• disponibilidade de área• proximidade do SES e corpo receptor• vizinhos: 500 m• cotas de inundação• topografia e geotecnia: configuração e geometria• lençol freático, movimentação de terra• ventos: mistura e homogeneização• aquisição e custos
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LLAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO FACULTATIVASAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO FACULTATIVASASPECTOS CONSTRUTIVOSASPECTOS CONSTRUTIVOS
• TALUDES
• internos:
• i min= 1(vertical): 3 - 6 (horizontal), arenosos
• i máx= 1(vertical): 2 (horizontal), argilosos
• externos:
• i min= 1(vertical): 5 - 8 (horizontal), arenosos
• i máx= 1(vertical): 2,5 (horizontal), argilosos
• coroamento: 2,0 - 4,0 m, borda livre: > 0,5 m
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LLAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO FACULTATIVASAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO FACULTATIVASASPECTOS CONSTRUTIVOSASPECTOS CONSTRUTIVOS
• dimensionamento: dimensões h/2
• comprimento do fundo: comprimento h/2 - d.(h/2)
• comprimento do NA: comprimento h/2 + d.(h/2)
• comprimento na crista: comprimento do NA + d. borda livre
• largura do fundo: largura h/2 - d.(h/2)
• largura do NA: largura h/2 + d.(h/2)
• largura na crista: largura do NA + d. borda livre
h/2
h/21
d
NA
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LLAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO FACULTATIVASAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO FACULTATIVASDIMENSÕESDIMENSÕES
• TALUDES
• impermeabilização argila ou concreto
• proteção interna:
• contato NA (ondas), erosão e vegetais
• rip-rap, laje ou placas de concreto, membranasintética, asfalto: 0,5/0,5 m
• talude externo gramado: erosão, drenagemsuperficial
Isaac Volschan Jr., D.Sc.Isaac Volschan Jr., D.Sc.Prof.Adjunto - Depto. de Recursos Hídricos e Meio AmbienteProf.Adjunto - Depto. de Recursos Hídricos e Meio AmbienteEscola Politécnica - UFRJEscola Politécnica - UFRJ
LLAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO FACULTATIVASAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO FACULTATIVASASPECTOS CONSTRUTIVOSASPECTOS CONSTRUTIVOS
• tratamento preliminar
• homogeneização do líquido, evitar curto-circuitos
• distribuição do afluente
• espaçamento de 50 m
• entrada não frontal a saída
Isaac Volschan Jr., D.Sc.Isaac Volschan Jr., D.Sc.Prof.Adjunto - Depto. de Recursos Hídricos e Meio AmbienteProf.Adjunto - Depto. de Recursos Hídricos e Meio AmbienteEscola Politécnica - UFRJEscola Politécnica - UFRJ
LLAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO FACULTATIVASAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO FACULTATIVASDISPOSITIVOS DE ENTRADADISPOSITIVOS DE ENTRADA
• mistura completa: 1/3 L
• fluxo pistão: cabeceira
• submersa: evitar gases
• proteção do fundo: evitar solapamento
• v=0,5 m/s
Isaac Volschan Jr., D.Sc.Isaac Volschan Jr., D.Sc.Prof.Adjunto - Depto. de Recursos Hídricos e Meio AmbienteProf.Adjunto - Depto. de Recursos Hídricos e Meio AmbienteEscola Politécnica - UFRJEscola Politécnica - UFRJ
LLAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO FACULTATIVASAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO FACULTATIVASDISPOSITIVOS DE ENTRADADISPOSITIVOS DE ENTRADA
• extremidade oposta: minimizar curto-circuitos
• sentido predominante dos ventos
• arraste de flutuantes e evitar curto-circuitos
• nível fixo ou variável
• placas defletoras 60 cm (20/40)
• arraste de flutuantes, algas e escuma
• acesso facilitado:medição de vazão, coleta deamostras, alteração de nível
Isaac Volschan Jr., D.Sc.Isaac Volschan Jr., D.Sc.Prof.Adjunto - Depto. de Recursos Hídricos e Meio AmbienteProf.Adjunto - Depto. de Recursos Hídricos e Meio AmbienteEscola Politécnica - UFRJEscola Politécnica - UFRJ
LLAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO FACULTATIVASAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO FACULTATIVASDISPOSITIVOS DE ENTRADADISPOSITIVOS DE ENTRADA