Lagoas Facultativas: Dimensionamento Profº Carlos Eduardo Fonte: Profº Marcos Von Sperling e Profª. Gersina da Rocha
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
Lagoas Facultativas