Lagoas de estabilização

TECNOLOGIAS DE TRATAMENTO

COMPOSTOS ORGÂNICOSCOMPOSTOS ORGÂNICOS

SECUNDÁRIOSECUNDÁRIO

SUSPENSÃO!! lodos lodos ativados ativados!! aeração aeração prolongada prolongada!! lagoas lagoas aeradasaeradas

BIOFILMES!! filtração biológica aeróbia filtração biológica aeróbia

!! rotoresrotores de contato de contato

AERÓBIOS ANAERÓBIOS

SUSPENSÃO!! UASB UASB

BIOFILMES!! filtração anaeróbia filtração anaeróbia

! LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO

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

• LAGOAS FACULTATIVAS• LAGOAS ANAERÓBIAS +LAGOAS FACULTATIVAS

• LAGOAS AERADAS• LAGOAS AERADAS +

LAGOAS DE SEDIMENTAÇÃO

LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO - TIPOS E COMBINAÇÕES -


+ LAGOAS DE MATURAÇÃO

•• FACULTATIVAS FACULTATIVAS

•• ANAERÓBIAS ANAERÓBIAS+FACULTATIVAS+FACULTATIVAS

•• AERADAS AERADAS

•• AERADAS + AERADAS +SEDIMENTAÇÃOSEDIMENTAÇÃO

LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO - APLICABILIDADE -

EFICIÊNCIA (%)

ÁREA(m2)

CUSTOS DEIMPLANTAÇÃO

(US$/hab)POTÊNCIA(W/m3)

DBO

70-85

70-90

70-90

70-90

N

30-50

30-50

30-50

30-50

P

20-60

20-60

20-60

20-60

COLI

99

99,9

96

99

2,0-5,0

1,5-3,5

0,3-0,6

0,2-0,5

0

0

>2,0

>10,0

99

99,9

96

99


•• 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

•• ANAERÓBIAS ANAERÓBIAS+FACULTATIVAS+FACULTATIVAS

• idem• área < área LF

• idem• odor

•• AERADAS AERADAS

• área< LF, LA+LF• < dependência clima• > remoção• variação de cargas• sem odor

• equipamentos eletromec.• > sofisticação• áreas ainda elevadas• > consumo energia

•• AERADAS + AERADAS +

SEDIMENTAÇÃOSEDIMENTAÇÃO• idem• área< LF, LA+LF, LAER

• lodo: 2-5 anos


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


• 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



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


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

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

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


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


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


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

• 15°: 142 kgDBO/ha.d• 20°: 201 kgDBO/ha.d• 25°: 284 kgDBO/ha.d• 30°: 403 kgDBO/ha.d

• temperatura média do líquido mês + frio (Mara)temperatura média do líquido mês + frio (Mara)• Ls= 350 x (1,072 - 0,002 x T)T-25

• 15°: 167 kgDBO/ha.d• 20°: 253 kgDBO/ha.d• 25°: 350 kgDBO/ha.d• 30°: 440 kgDBO/ha.d


LLAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO FACULTATIVASAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO FACULTATIVAS TAXA DE APLICAÇÃO SUPERFICIALTAXA DE APLICAÇÃO SUPERFICIAL

• 15 d < td < 45 d

• <td : temperaturas + elevadas


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


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


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


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


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


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


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)


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


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


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


LLAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO FACULTATIVASAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO FACULTATIVASMÉTODO DE GLOYNAMÉTODO DE GLOYNA

•• Sototal = (DBOsolúvel + DBOparticulada) afluente Sototal = (DBOsolúvel + DBOparticulada) afluente

•• Setotal = (DBOsolúvel + DBOparticulada) efluente Setotal = (DBOsolúvel + DBOparticulada) efluente

•• SSTefluente: 60 - 90% algas SSTefluente: 60 - 90% algas

•• 1 mg/l alga: 0,45 mgDBO/l 1 mg/l alga: 0,45 mgDBO/l

•• 1 mg/l SST efluente: 1 mg/l SST efluente: 0,6 . 0,45 mgDBO/l = 0,3 mgDBO/l0,6 . 0,45 mgDBO/l = 0,3 mgDBO/l

0,9. 0,45 mgDBO/l = 0,4 mgDBO/l0,9. 0,45 mgDBO/l = 0,4 mgDBO/l

•• padrões: concentração máxima DBOsol e SST padrões: concentração máxima DBOsol e SST


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


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


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



• 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


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



• tratamento preliminar

• homogeneização do líquido, evitar curto-circuitos

• distribuição do afluente

• espaçamento de 50 m

• entrada não frontal a saída


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



• 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



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Lagoas de estabilização