LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO Profa. Dra. Gersina N. da Rocha Carmo Junior Lagoa Anaeróbia

LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃOLAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO

Profa. Dra. Gersina N. da Rocha Carmo Junior

Lagoa AnaeróbiaLagoa Anaeróbia

LAGOAS DE LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃOESTABILIZAÇÃO

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.

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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

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).

CRITÉRIOS DE DIMENSIONAMENTO

Taxa de aplicação volumétrica (Lv)

Lagoas Anaeróbias

Temperatura média do ar mais frio-T(°C)

Taxa de aplicação volumétrica Taxa de aplicação volumétrica admissível-Ladmissível-Lv v (KgDBO/m(KgDBO/m33.d).d)

10 a 20 0,02T-0,100,02T-0,10

20 a 25 0,01T-0,100,01T-0,10

>25 0,350,35

Taxas de aplicação volumétrica admissíveis para projeto de lagoas anaeróbias em função da temperatura.

Volume útil determinado em função de:

Taxa de aplicação volumétrica (Lv), expressa em KgDBO5/m3.dia

Carga de DBO afluente (KgDBO/d)

CRITÉRIOS DE DIMENSIONAMENTOCRITÉRIOS DE DIMENSIONAMENTO

L = carga de DBO afluente (KgDBO/d)Lv = Taxa de aplicação Volumétrica (kg

DBO/m3.d)V = volume requerido para a lagoa

V = L/Lv

Dimensionamento

Taxa de aplicação de carga orgânica (TCO)

Admite-se que valores acima de 1.000 KgDBO5.Ha-

1.dia-1

Condições anaeróbias em toda massa líquida

Temperatura Temperatura média mensal média mensal

(°C)(°C)

Taxa de aplicação Taxa de aplicação orgânica orgânica

(g.DBO(g.DBO55.m.m33.dia.dia-1-1))

Remoção de DBORemoção de DBO55 (%)(%)

<10<10 100100 4040

10-2010-20 20.T-10020.T-100 2.T+ 202.T+ 20

> 20> 20 300300 6060

Valores de taxa de aplicação de carga orgânica e remoção de DBO5 em lagoas anaeróbias


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.


Geometria (relação comprimento/largura)

Comprimento/largura (L/B) = na ordem de 1 a 3


As lagoas anaeróbias variam entre quadradas ou levemente retangulares, com relação:

Cálculo da concentração efluente (DBOefl) da lagoa anaeróbia.

Uma vez estimada a eficiência de remoção (E), calcula-se a concentração efluente pelas fórmulas:E = (S0 – DBOefl) x 100/S0

DBOefl = S0 (1 – E/100)

100

100 0

xLEL

Onde:

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

DBOefl=concentração de DBO total efluente(mg/L);

E= eficiência de remoção(%).

Exemplo de Dimensionamento

Exemplo: Dimensionar uma lagoa anaeróbia para os seguintes dados:População: 20.000 hab.Vazão afluente: 3.000 m3/dDBOafluente :350mg/LTemperatura: T=23°C e Lv = 0,15kgDBO5/dEficiência de remoção de DBO desejada de 60%

V = L/Lv

Solução:

Carga de DBO:

L= Q x conc. = 3000m3/d x 0,350 Kg/m3 = 1050kg/d

350mg/L = 350g/m3Carga de DBOtotal

Taxa de aplicação volumétrica

V = 1050kgDBO/d

0,15kgDBO/m3.d= 7000m3

Cálculo do volume requerido

V = L/Lv

Verificação do tempo de detenção hidráulicoθh= V/ Q

θh= 7000m3

3000m3/dθh = 2,3d

Obs: lagoa com esse baixo tempo de detenção deve ter sua entrada pelo fundo.


Profundidade adotada - 4,5m

Área média: V=volume da lagoa e;

h = profundidade.Am = V/h

Am = 7000 m3/4,5m = 1.556m2

Vamos adotar 2 lagoas

Área de cada lagoa = 1.556m2/2 = 778m2


Possíveis dimensões de cada lagoa:

Caso seja adotadas 2 lagoas em paralelo e uma relação comprimento/largura(L/B) igual a 2,5 em cada lagoa ter-se-á:

Área de cada lagoa = 1.556m2/2 = 778m2

A=B.L = (2,5.B).B = 2,5.B2

778m2 = 2,5.B2

B = 18 m

e 778 = 18.L

L = 43mPossível dimensões de cada lagoa: 43 x 18

A=B.L

Eficiência de remoção de DBO desejada de 60%


DBOefl = S0 (1 – E/100)

DBOefl = 350 (1 – 60/100)

DBOefl = 140mg/L

O efluente da lagoa anaeróbia é o afluente da lagoa facultativa.


Exemplo: apresenta-se o caso da contribuição de esgotos domésticos de 3500m3/d e DBO 300mg/L. A temperatura média do mês mais frio é 20°C. Deseja-se pré-dimensionar uma lagoa anaeróbia, aceitando uma remoção de DBO de 50%. Adotar taxa de aplicação de carga orgânica de 0,75kgDBO/m3.d

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