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SISTEMAS NATURAIS DE TRATAMENTO DE
ESGOTOS
(lagoas de estabilizao e wetlands)
Marcos von Sperling
Universidade Federal de Minas Gerais
Brasil
Semana da Engenharia Ambiental EESC-USP Maio 2012
Download de video e folheto: www.desa.ufmg.br
CePTS Centro de Pesquisa e Treinamento em Saneamento
(UFMG/Copasa)
ETE Arrudas, Belo Horizonte
ETE Arrudas BH (1,4 milho de habitantes)
decantador
primrio
tanque de
aerao
decantador
secundrio
CePTS Centro de Pesquisa e Treinamento em Saneamento (UFMG/Copasa)
ETE Arrudas, Belo Horizonte
CePTS
CePTS Centro de Pesquisa e Treinamento em Saneamento (UFMG/Copasa)
Google Earth
CePTS Centro de Pesquisa e Treinamento em Saneamento (UFMG/Copasa)
ETE Arrudas, Belo Horizonte
CePTS Centro de Pesquisa e Treinamento em Saneamento (UFMG/Copasa)
7 reatores UASB 4 filtros biolgicos percoladores 3 lagoas de polimento 1 filtro grosseiro de pedras 2 wetlands de escoamento horizontal subsuperficial 1 wetland de escoamento vertical (3 clulas) 1 fotorreator para radiao UV 1 sistema de armazenamento e tratamento de biogs 1 reator trmico para higienizao de lodo leitos de secagem minirredes (gua, esgotos, guas pluviais) 1 casa de apoio
Escala de demonstrao: cada unidade - 50 a 500 habitantes
IWA - Grupo de especialistas em
Wastewater Pond Technology
9 congressos internacionais (prximo: Cartagena, Colmbia Agosto 2013
DESEMPENHO DE
ESTAES DE TRATAMENTO
DE ESGOTOS
ETEs AVALIADAS EM SP E MG
Modalidade Notao de
referncia
Nmero de
ETEs
Fossa Sptica + Filtro Anaerbio FS + FA 73
Lagoa Facultativa LF 43
Lagoa Anaerbia + Lagoa Facultativa LAN+LF 73
Lodos Ativados LA 13
Reator UASB UASB 10
Reator UASB + Ps-tratamento UASB + PS 8
TOTAL SISTEMAS 166
Tese de doutorado de Slvia Oliveira (2006)
CONCENTRAES E EFICINCIAS
Constituinte Unidade FS+FA LF LAN+LF LA UASB UASB+POS
DBO
Afluente (mg/L) 665 553 510 315 371 362
Efluente (mg/L) 292 136 89 35 98 42
Eficincia (%) 59 75 82 85 72 88
DQO
Afluente (mg/L) 1398 1187 1095 575 715 713
Efluente (mg/L) 730 525 309 92 251 141
Eficincia (%) 51 55 71 81 59 77
SST
Afluente (mg/L) 479 430 411 252 289 334
Efluente (mg/L) 165 216 153 57 85 51
Eficincia (%) 66 48 62 76 67 82
NTK
Afluente (mg/L) 78 69 78 47 43
Efluente (mg/L) 61 38 45 22 48
Eficincia (%) 24 44 39 50 -13
PT
Afluente (mg/L) 9 9 11 3 7 7
Efluente (mg/L) 7 4 7 1 6 5
Eficincia (%) 15 46 37 46 -1,0 23
CF
Afluente (org/100mL) 2,9x107 5,3x107 2,0x108 3,7x107 1,2x108 1,8x108
Efluente (org/100mL) 5,5x106 1,2x106 4,3x105 1,3x105 3,4x107 9,7x106
Eficincia Unid log 1,0 1,6 2,2 2,0 0,6 2,8
ETEs AVALIADAS EM SP E MG
DBO Eficincia de remoo
Eficincia de remoo - DBO (%)
FS+FALA
LFSA
UASBUASB+POS
0
20
40
60
80
100
LAN+LF
ETEs AVALIADAS EM SP E MG
DBO Comparao com eficincia esperada
Eficincias de remoo - DBO
50
60
70
80
90
100
FS + FA LF LAN + LF LA UASB UASB +
POS
(%)
11
8
5 34
20
12
5
54
49 55
80
88
84
38
46 11
0
0
b - % de ETEs com eficincias mdias dentro da faixa de valores reportados (desempenho dentro da faixa)
a - % de ETEs com eficincias mdias acima do valor mximo de literatura (desempenho superior ao da faixa)
c - % de ETEs com eficincias mdias abaixo do valor mnimo de literatura (desempenho inferior ao da faixa)
Valor mximo literatura
Valor mnimo literatura
a
b
c
Percentual de atendimento: DBO5 no efluente 60 mg/L
Mdias aritmticas dos percentuais de atendimento individuais de cada ETE
ETEs AVALIADAS EM SP E MG
Atendimento mdio ao critrio 1
14% 16%
42%
86%
25%
78%
FS + FA LF LAN+LF LA UASB UASB+POS
CUSTOS DE IMPLANTAO
DE ESTAES DE
TRATAMENTO DE ESGOTOS
CUSTOS DE IMPLANTAO (R$/hab e R$/m)
Data base: abril 2010
Custos globais de implantao (baseados em
ETEs implantadas e projetadas)
US$1,00 = R$1,70
ETE - CUSTOS DE IMPLANTAO
0
200
400
600
800
1000
Fa
c /
An
ae
r+F
ac
Lag
oas+
Ma
tur
UA
SB
UA
SB
+1-2
lag
oas
UA
SB
+3>
lag
oas
UA
SB
+F
iltrA
na
er
UA
SB
+F
BP
Lod
Ativ
ETEs - Custos de implantao per capita (R$/hab)
25%
50%
Max
Min
75%
ETE - CUSTOS DE IMPLANTAO
Populao (hab)
Custos por
habitante
(R$/hab)
(min-max) (25-75 %il)
Lagoas facultativas e
anaerbias+facultativas15 2089 61000 53 92
Lagoas facultativas e anaerbias-
facultativas + maturao10 1000 14485 119 215
Reatores UASB 5 4320 15146 23 72
UASB + uma ou duas lagoas de
maturao em srie10 5135 138000 106 170
UASB + trs ou mais lagoas de
maturao em srie4 7292 41330 154 258
UASB + filtros anaerbios 9 1381 199041 85 126
UASB + filtros biolgicos
percoladores22 4584 300000 86 145
Lodos ativados 9 40000 1500000 141 - 174
TipoNmero de
dados (US$/hab)
Custos em dlares e reais
Populao (hab)
Custos por
habitante
(R$/hab)
(min-max) (25-75 %il)
Lagoas facultativas e
anaerbias+facultativas15 2089 61000 53 92
Lagoas facultativas e anaerbias-
facultativas + maturao10 1000 14485 119 215
Reatores UASB 5 4320 15146 23 72
UASB + uma ou duas lagoas de
maturao em srie10 5135 138000 106 170
UASB + trs ou mais lagoas de
maturao em srie4 7292 41330 154 258
UASB + filtros anaerbios 9 1381 199041 85 126
UASB + filtros biolgicos
percoladores22 4584 300000 86 145
Lodos ativados 9 40000 1500000 141 - 174
TipoNmero de
dados
91 - 157
202 - 365
40 - 123
180 - 289
262 - 439
144 - 214
147 - 246
240 - 295
(US$/hab)
LAGOAS DE POLIMENTO
LAGOAS DE POLIMENTO / FACULTATIVAS
Ps-tratamento de efluentes anaerbios
LAGOAS DE POLIMENTO
Comparao de sistemas com e sem reator UASB
LAGOA FACULTATIVA REATOR UASB
REATOR UASB - LAGOA FACULTATIVA
Itabira (7.000 hab)
CORPO RECEPTOR
REATOR UASB - LAGOA FACULTATIVA
Itabira (7.000 hab)
REATOR UASB - LAGOA FACULTATIVA
Juramento (1.500 hab)
REATOR UASB - LAGOA FACULTATIVA
Samambaia (180.000 hab)
Reator UASB -
Lagoa facultativa -
Lagoa de alta taxa -
Lagoa de maturao
REATOR UASB - LAGOA DE POLIMENTO TIPO
MATURAO
CePTS UFMG/COPASA - 250 hab
DIMENSIONAMENTO DE LAGOAS DE
POLIMENTO
Dimensionamento como lagoas de maturao
Taxa de aplicao orgnica superficial no to
importante
Parmetros de projeto:
Nmero de lagoas em srie Tempo de deteno hidrulica Profundidade Geometria (relao L/B)
PESQUISAS DIVERSAS DA UFMG
EM LAGOAS DE ESTABILIZAO
REMOO DE MATRIA
ORGNICA
CARGA ORGNICA SUPERFICIAL
Oliveira et al (2009)
0
200
400
600
800
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600
Ls (kgBOD/ha.d)
Efflu
en
t B
OD
(m
g/L
)Avaliao de 73 lagoas facultativas primrias em SP e MG
valor mximo recomendvel
DBO EFLUENTE
DBO total = DBO solvel + DBO particulada
DBO solvel: funo do tipo de reator
DBO particulada: funo da quantidade de SS (algas) na lagoa
DBO
0
50
100
150
200
250
300
350
400
Bruto UASB L1 L2 L3 L4
Conc (
mg/L
) DBOpart
DBOfilt
ETE Experimental Arrudas: reator UASB + 4 lagoas de polimento (250 hab)
MODELOS HIDRULICOS
Fluxo em pisto Mistura completa
Clulas em srie Fluxo disperso
-K.t0eS=S
K.t+1
S=S 0
n
0
)n
tK+(1
S=S
4K.t.d1a
ea)(1ea)(1
4ae.SS
a/2d2a/2d2
1/2d
0
MODELOS HIDRULICOS
Regime
hidrulico
Frmula para a
concentrao efluente
(C)
Frmula para o
coeficiente de remoo
(K)
Fluxo em
pisto
K.t-
0eC=C t
)(C/Cln K 0
Mistura
completa
K.t+1
C=C 0
t
1/C)(CK 0
Fluxo disperso
4K.t.d1a
ea)(1ea)(1
4ae.CC
a/2d2a/2d2
1/2d
0
Valor de K no explcito
Resolver por iterao
MODELOS HIDRULICOS
Relao entre coeficientes de reao (K)
LAGOAS FACULTATIVAS
Concentrao de DBO solvel efluente
Mistura completa (20 C) 12 lagoas em SP e ES:
Lagoas primrias: K = 0,30 a 0,40 d-1
Lagoas secundrias: K = 0,25 a 0,32 d-1
Von Sperling, 2000
Nmero de disperso
Fluxo disperso
Estimativa do nmero de disperso
Agunwamba et al (1992):
dB H t
L B H
H
L
H
B
H B
0 1023 2
4
0 410 0 981 1 385, .(
.( . ). .
. . .) .( ).( )
, ( , , . / )
Yanez (1993):
2)1,014x(L/B)0,254x(L/B0,261
(L/B)d
Von Sperling (1999):
(L/B)1d
L = comprimento da lagoa (m)B = largura da lagoa (m)H = profundidade da lagoa (m)t = tempo de deteno (d)
= viscosidade cinemtica da gua (m2/d)
LAGOAS FACULTATIVAS
Estimativa do nmero de disperso
Agunwamba et al (1992):
dB H t
L B H
H
L
H
B
H B
0 1023 2
4
0 410 0 981 1 385, .(
.( . ). .
. . .) .( ).( )
, ( , , . / )
Yanez (1993):
2)1,014x(L/B)0,254x(L/B0,261
(L/B)d
Von Sperling (1999):
(L/B)1d
L = comprimento da lagoa (m)B = largura da lagoa (m)H = profundidade da lagoa (m)t = tempo de deteno (d)
= viscosidade cinemtica da gua (m2/d)
REDUO DA DBO PARTICULADA
Polimento do efluente de lagoas
Filtro grosseiro: brita 3 ou pedra de mo (ETE Experimental UFMG-COPASA) Taxa de aplicao: ~ 1 m3/d por m3 de leito
Polimento do efluente de lagoas
Macrfitas flutuantes (lentilhas dgua)
Figura 13: Detalhe das lentilhas dguaFigura 12: Colheita das lentilhas dguaETE Experimental UFMG/COPASA
REDUO DA DBO PARTICULADA
REMOO DE ORGANISMOS
PATOGNICOS
REMOO DE ORGANISMOS PATOGNICOS
EM LAGOAS DE POLIMENTO
Max
Min
75%
25%
Median
UFMG - ARRUDAS (escala de demonstrao)
1
10
100
1000
10000
1e5
1e6
1e7
1e8
1e9
1e10
EB UASB L1 L2 L3 L4
Eficincia de remoo de coliformes (unidades log)
186 lagoas no mundo
LAGOAS FACULTATIVAS, MATURAO E POLIMENTO
LOG UNITS REMOVED IN EACH POND OF THE SERIES
Median
25%-75%
5%-95% PRIM SEC MAT1 MAT2 MAT345
CATEGORY
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
LO
G U
NIT
S R
EM
OV
ED
LAGOAS FACULTATIVAS, MATURAO E POLIMENTO
Concentrao efluente de coliformes
REGIMEHIDRULICO
ESQUEMA FRMULA DA CONTAGEM DECOLIFORMES EFLUENTES (N)
Fluxo empisto
N = N0e-K
b.t
Misturacompleta(1 clula)
N =N0
1+ Kb.t
Misturacompleta
(clulas iguaisem srie)
N =N0
(1+ Kb.t
n)n
Fluxodisperso
.t.db4K1a
a/2de2a)(1a/2de2a)(1
1/2d4ae.0NN
Lagoas chicaneadas
Samambaia (180.000 hab)
LAGOAS FACULTATIVAS, MATURAO E POLIMENTO
Lagoas chicaneadas
Samambaia (180.000 hab)
LAGOAS FACULTATIVAS, MATURAO E POLIMENTO
Eficincia de remoo de coliformes
UNIDADES LOG REMOVIDAS E
EFICINCIA DE REMOO
Kb.t
Unid
ades log r
em
ovid
as
0
1
2
3
4
5
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
Efic
in
cia
(%)
fluxo em pisto
mistura completa
n=1
n=2
n=3
n=4
n=oo
99,999
99,99
99,9
99
90
Mistura completa
unidades log removidas = - log10 [(100-E)/100]
LAGOAS FACULTATIVAS, MATURAO E POLIMENTO
Fluxo disperso
UNIDADES LOG REMOVIDAS E
EFICINCIA DE REMOO
Kb.t
Unid
ades log r
em
ovid
as
0
1
2
3
4
5
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
Efic
in
cia
(%)
fluxo em pisto
mistura completa
d=oo
d=4,0
d=1,0
d=0,5
d=0
99,999
99,99
99,9
99
90
d=0,1
Eficincia de remoo de coliformes
LAGOAS FACULTATIVAS, MATURAO E POLIMENTO
Eficincia de remoo de coliformes
Fluxo disperso [d=1/(L/B)]
UNIDADES LOG REMOVIDAS E
EFICINCIA DE REMOO
Kb.t
Unid
ades log r
em
ovid
as
0
1
2
3
4
5
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
Efic
in
cia
(%)
L/B=1
L/B=2
L/B=4
L/B=8
L/B=32
99,999
99,99
99,9
99
90
L/B=16
LAGOAS FACULTATIVAS, MATURAO E POLIMENTO
Coeficiente de decaimento (Kb) - fluxo disperso
186 lagoas no mundo
Kb disp (20o C) vs depth H
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
0,00 1,00 2,00 3,00
H (m)
Kb
(1
/d)
Effluent coli estimated x observed
1,E+00
1,E+02
1,E+04
1,E+06
1,E+08
1,E+10
1,E+00 1,E+02 1,E+04 1,E+06 1,E+08 1,E+10
Obs
Estim
d = 1/(L/B)
L = pond length (m)
B = pond breadth (m)
Kb = 0.549.H 1.456
H = pond depth (m)
LAGOAS FACULTATIVAS, MATURAO E POLIMENTO
Coeficiente de decaimento de coliformes (Kb)
186 lagoas no mundo
Inadequabilidade do modelo de mistura completa
Kb (DISPERSED FLOW)
Median
25%-75%
5%-95% PRIM SEC MAT1 MAT2 MAT345
POND TYPE
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
1,4
1,6
1,8
2,0
2,2
2,4
2,6
Kb
(1
/d)
Kb (CSTR)
Median
25%-75%
5%-95%
PRIM
SEC
MAT1
MAT2
MAT345
POND TYPE
0,1
1,0
10,0
100,0
1000,0
K (
1/d
)
1
LAGOAS FACULTATIVAS, MATURAO E POLIMENTO
Coeficiente de decaimento bacteriano (Kb)
Fluxo disperso (PROSAB)
LAGOAS DE POLIMENTO
Kb (disperso) = 0,710.H 0,965
K b e s tim x K b o b s ( flu xo d is p e rs o )
K b = 0 ,710 .H-0 , 9 5 5
0 ,0
1 ,0
2 ,0
3 ,0
4 ,0
5 ,0
6 ,0
0 ,2 0 ,4 0 ,6 0 ,8 1 ,0 1 ,2 1 ,4 1 ,6 1 ,8 2 ,0 2 ,2
H (m )
Kb
dis
p (
1/d
)
_ _ _ l in h a c h e ia : e q u a o e s p e c fic a :
- - - l in h a tra c e ja d a : e q u a o g e ra l
Para a mesma rea superficial A:
H aumenta V aumenta HRT aumenta
Mas Kb diminui Eficincia no aumenta
H
2H
A A
V
V
LAGOAS FACULTATIVAS, MATURAO E POLIMENTO
Detection of pathogenic bacteria by PCR
Bacteria Sampling 1
(25/04/2007)
Sampling 2
(27/02/2008)
Sampling 3
(11/02/2009)
Sampling 4
(27/05/2009)
RS P1 P3 RS P1 P3 RS P1 P3 RS P1 P3
E. coli + + - + + - + + + + + +
Salmonella spp. - + + - - - - + + - - +
Salmonella Typhimurium + + - + - - + - - + - -
Shigella spp. - + - - - - - - - - - -
Shigella dysenteriae + - - - - - - - - - - -
Enterococcus spp. + - - - - - + + + + + +
Campylobacter jejuni + + + - - + + + + - - +
Helicobacter pylori - - - - - - - - - - - -
Staphylococcus aureus - - - - - - - - - - - -
Yersinia enterocolitica - - - - - - - - - - - -
Summary of PCR results
+ Amplification of bacterial DNA positive / - Amplification of bacterial DNA negative
RS = raw sewage; P1 and P3 = effluent from Pond 1 and 3, respectively
Godinho et al (2011)
Quantification by FISH of bacteria detected using
PCR
Mean concentrations of bacteria and total cells value
1,2E+10
2,5E+09
1,0E+03
1,0E+04
1,0E+05
1,0E+06
1,0E+07
1,0E+08
1,0E+09
1,0E+10
1,0E+11
Raw Pond 1 Pond 3Me
an
c
on
ce
ntra
tio
n (c
ell/1
00
ml)
E.coli Salmonella spp. Campylobacter spp
Enterococcus spp. Total cells
Godinho et al (2011)
REMOO DE OVOS DE HELMINTOS
Lagoas investigadas no PROSAB
MaxMin
75%25%
Median
ESGOTO BRUTO
0
100
200
300
400
500
600
UFVPE
ITAB-REALITAB-PILOTO
ARRUDAS
MaxMin
75%25%
Median
EFLUENT E UASB
0
50
100
150
200
250
300
UFV UFPE IT AB-REALIT AB-PILOT OARRUDAS
MaxMin
75%25%
Median
EFLUENT E LAGOA 1
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
UFVUFPE
IT AB-REALIT AB-PILOT O
ARRUDASUSP
MaxMin
75%25%
Median
EFLUENT E FINAL
0
1
2
3
4
5
6
7
UFV-L3 IT AB-PILOT O-L2 ARRUDAS-L4
Remoo de ovos de helmintos
Modelo de Ayres
] 0,14.e [1 . 100E 0,38.t)(
] 0,41.e [1 . 100E )0,0085.t 0,49.t (2
Eficincia mdia:
95% de confiana:
EFICINCIA DE REM OO DE OVOS DE HELM INTOS
0 ,0
1 ,0
2 ,0
3 ,0
4 ,0
5 ,0
6 ,0
0 2 4 6 8 1 0 1 2 1 4 1 6 1 8 2 0 2 2 2 4 2 6 2 8 3 0
T e m p o d e d e te n o h id r u lica (d )
Un
ida
de
s l
og
re
mo
vid
as
V a lo r e s m d io s
9 5 % d e c o n f ia n a
OMS (irrigao):
< 1 ovo/L
LAGOAS FACULTATIVAS E DE MATURAO
Helminth eggs removal
Ayres et al model (2002)
FACULTATIVE AND MATURATION PONDS
HELMINTH EGGS - FIRST POND
ESTIMATED (AYRES) AND OBSERVED EFFICIENCY
80
85
90
95
100
0 5 10 15 20 25
RETENTION TIME (d)
EF
FIC
IEN
CY
(%
)
OBS
ESTIM
Average values from five different ponds in Brazil
LAGOAS DE MATURAO
Remoo de ovos de helmintos
Ovos no lodo de uma lagoa chicaneada
OV OS DE HEL M INT OS NO L ODO - V I V EIS E N O V I V EIS
0
2 0 0
4 0 0
6 0 0
8 0 0
1 0 0 0
1 2 0 0
En tr a d a C h ic a n a 1 C h ic a n a 2 C h ic a n a 3 C h ic a n a 4 S a d a
Po n to s d e am o s tr ag e m d e n tr o d a lag o a ch ican e ad a
Ov
os
/ g
TS
)
V i v e is N o v i v e is
DIST RIBUI O DA S ESPC IES DE HEL M INT OS NO L ODO
0 ,1
1
1 0
1 0 0
1 0 0 0
1 0 0 0 0
En tr a d a C h ic a n a 1 C h ic a n a 2 C h ic a n a 3 C h ic a n a 4 S a d a
Ov
os
/ g
TS
A n c ilo s to m a Tr ic h u r is A s c a r is
Itabira (piloto) Lagoa com 4 chicanas
Soares (2002)
LAGOAS
Impedir acesso da populao!
REMOO DE NITROGNIO
LAGOAS FACULTATIVAS E DE MATURAO
Remoo de nitrognio
Principais mecanismos
volatilizao da amnia (?)
assimilao da amnia pelas algas
assimilao dos nitratos pelas algas
nitrificao - desnitrificao
sedimentao do nitrognio orgnico particulado
Lagoas de polimento
Valores mdios das fraes de N ao longo
do sistema
CePTS UFMG/Copasa
Assuno et al (2011)
Amnia
Lagoas de polimento
Concentrao da amnia em funo das
faixas de temperatura nas lagoas
Interpretao similar para as eficincias de remoo de amnia
Lagoas de polimento
Lagoas de polimento
Concentrao da amnia em funo das
faixas de pH nas lagoas
Interpretao similar para as eficincias de remoo de amnia
Ajuste do modelo de Pano e Middlebrooks para a
amnia efluente
Lagoa 1 Lagoa 2
Lagoa 3
Lagoas de polimento
Ajuste do modelo de Reed para nitrognio
efluente Lagoa 1 Lagoa 2
Lagoa 3
Lagoas de polimento
Possibilidade da ocorrncia da nitrificao
e desnitrificao Oxignio dissolvido (10:00 am)
Low nitrate values High DO values Unlikely anoxic conditions Unlikely
substantial denitrification
Lagoas de polimento
Simplified Anthonisen plot - position of each pond in terms of the
inhibition zones (function of pH, total ammonia and free ammonia)
Inhibition of nitrate-forming bacteria (nitrite values are low, but are higher than nitrate) Unlikely complete nitrification
Lagoas de polimento
Possibilidade da ocorrncia da nitrificao
e desnitrificao
Estudo da volatilizao da amnia
Taxa de volatilizao
da amnia na
cmara extrapolada
para toda a
superfcie da lagoa
Estudo da volatilizao da amnia
Porcentagem da amnia removida por
volatilizao em relao amnia total removida
Influncia da profundidade e do TDH
Po
nd
1
Po
nd
2
Po
nd
3
Po
nd
4
Po
nd
1
Po
nd
2
Po
nd
3
Po
nd
4
UASB UASB
Phase 1: 4 ponds in series
(H=0.40m)
Phase 2: 2 systems of 2
ponds in series
(H=0.80m ponds 1 and 2;
H=0.40m ponds 3 and 4)
CePTS UFMG/Copasa
Chiatti et al (2004)
0.80m 0.40m
Para a mesma rea superficial A:
Maior H Maior V Maior TDH
Sem aumento na remoo de N
Lagoas de polimento rasas so bem vantajosas
Influncia da profundidade e do TDH na
remoo de N
LAGOAS: MODELAGEM
HIDRODINMICA
Sistema de lagoas do aeroporto de Confins
(Belo Horizonte)
Sistema de lagoas do aeroporto de Confins
(Belo Horizonte)
Flutuador GPS com bateria extra
Sistema de lagoas do aeroporto de Confins
(Belo Horizonte)
Trajetria do flutuador na lagoa facultativa
Ventos
predominantes ~80%
~20%
Sistema de lagoas do aeroporto de Confins
(Belo Horizonte)
Batimetria lodo de fundo (% da altura do lquido)
Sistema de lagoas do aeroporto de Confins
(Belo Horizonte)
Modelagem com fluidodinmica computacional (CFD)
Vetores de velocidade tridimensionais
Sistema de lagoas do aeroporto de Confins
(Belo Horizonte)
Modelagem com fluidodinmica computacional (CFD)
Vetores de velocidade uniformemente distribudos
Sistema de lagoas do aeroporto de Confins
(Belo Horizonte)
Modelagem com fluidodinmica computacional (CFD)
Linhas de fluxo plano XY em Z = 1,7m
Sistema de lagoas do aeroporto de Confins
(Belo Horizonte)
Modelagem com fluidodinmica computacional (CFD)
Superfces de contorno disperso do traador virtual em vrios tempos de simulao
Sistema de lagoas do aeroporto de Confins
(Belo Horizonte)
Modelagem com fluidodinmica computacional (CFD)
Curva do traador virtual na sada da lagoa facultativa
LAGOAS: DESAFIOS FUTUROS
LAGOAS: ALGUNS DESAFIOS FUTUROS
Reduo da rea requerida
Melhor compreenso dos mecanismos de remoo (ex: patgenos, nitrognio)
Implementao de modelos racionais otimizao do dimensionamento (mas pouco utilizao para
controle operacional)
Sequestro de carbono, produo de energia (biodiesel, produo de hidrognio por
cianobactrias ...)
...
SISTEMAS ALAGADOS
CONSTRUDOS (WETLANDS)
IWA Grupo de Especialistas em Use of Macrophytes in Water Pollution Control
12 congressos internationais
Prximo congresso: Perth, Austrlia Novembro 2012
Wetlands construdas de escoamento
horizontal subsuperficial
Wetlands construdas de escoamento horizontal
subsuperficial
ETE Experimental UFMG / COPASA
Unidade plantada
Unidade no plantada
Afluente: efluente de reator UASB
H total = 0,40 m
H til = 0,30 m
Taxa de aplicao = 0,1 m3/m2.d
TDH = 1,2 d
rea til ~ 1,2 m2/hab
Parmetros Esgoto Bruto UASB Wetland
plantada
Wetland no
plantada
DQO 428 155 46 51
DBO 208 70 21 19
SST 246 52 9 7
N amoniacal 27 29 26 27
Concentraes efluentes mdias (mg/L)
(trs anos e meio de operao set 2007 a maio 2011) CePTS UFMG/Copasa
Wetlands construdas de escoamento horizontal
subsuperficial
DQO filtrada wetland plantada CePTS UFMG/Copasa
Perfil da matria orgnica ao longo da distncia
Wetlands construdas de escoamento horizontal
subsuperficial
Perda de gua:
Evaporao (wetland no plantada): 15 a 25%
Evapotranspirao (wetland plantada): 25 a 30%
Implicaes em termos da concentrao efluente efluente se torna mais concentrado
Medir eficincia em termos de carga removida (e no concentrao) ou
corrigir a concentrao efluente:
Concent. corrigida = Concent. medida x (1 frao de perda de gua)
Ex: DQO efluente medida = 50 mg/L; perda de gua = 30%
Concent. corrigida = 50 mg/L x (1 0,30) = 35 mg/L
Wetlands construdas de escoamento horizontal
subsuperficial
DQO filtrada wetland plantada CePTS UFMG/Copasa
Perfil da matria orgnica ao longo da distncia
Wetlands construdas de escoamento horizontal
subsuperficial
ESCOAMENTO HORIZONTAL
Estimativa da concentrao de DBO efluente
Modelo de fluxo em pisto:
C = Co.e K.t
C = concentrao de DBO efluente (mg/L)
Co= concentrao de DBO afluente (mg/L)
K = coeficiente de remoo de DBO (0,8 a 1,1 d-1)
t = tempo de deteno hidrulica = V.porosidade/Q
DBO particulada bem baixa ( desprezvel)
Perfil longitudinal de DQO estimada e observada
(unidade plantada)
0
20
40
60
80
100
0% 25% 50% 75% 100%
CO
D c
on
ce
ntr
atio
n (m
g/L
)
Relative distance
PLUG FLOW; WITHOUT WATER LOSSES
Observed
Estimated
0
20
40
60
80
100
0% 25% 50% 75% 100%
CO
D c
on
ce
ntr
atio
n (m
g/L
)
Relative distance
PLUG FLOW; WITH WATER LOSSES
Observed
Estimated
0
20
40
60
80
100
0% 25% 50% 75% 100%
CO
D c
on
ce
ntr
atio
n (m
g/L
)
Relative distance
DISPERSED FLOW; WITH RESIDUAL; WITHOUT WATER LOSSES
Observed
Estimated
0
20
40
60
80
100
0% 25% 50% 75% 100%
CO
D c
on
ce
ntr
atio
n (m
g/L
)
Relative distance
DISPERSED FLOW; WITH RESIDUAL; WITH WATER LOSSES
Observed
Estimated
Wetlands construdas de escoamento horizontal
subsuperficial
CePTS UFMG/Copasa 50 hab cada
Colmatao ocorrncia de escoamento superficial
Fonte: Knowles et al (2010)
Wetlands construdas de escoamento horizontal
subsuperficial
CePTS UFMG/Copasa 50 hab cada; Fonte: De Paoli, 2010
Plantada
No plantada
Wetlands construdas de escoamento horizontal
subsuperficial
CePTS UFMG/Copasa 50 hab cada; Fonte: De Paoli, 2010
Plantada
No plantada
Wetlands construdas de escoamento horizontal
subsuperficial
Wetlands construdas de escoamento
vertical
Wetlands construdas de escoamento vertical
CePTS UFMG / COPASA (100 hab) (~1 m2/hab)
Brita 0
Brita 1
Brita 3
Tubulao de drenagem do efluente - 100mm
Camada de impermeabilizao - Cimento?
Taludes das lagoas
Amostradores
Tubulao de alimentao das Wetlands.
Wetlands construdas de escoamento vertical
Tifton
Afluente: esgoto bruto
Wetlands construdas de escoamento vertical
Tifton
Experimental WWTP UFMG / COPASA (100 inhab)
Comportamento hidrulico
0,0000
0,0010
0,0020
0,0030
0,0040
0,0050
0,0060
0,0070
0,0080
0,0090
0,0100
0 500 1000
E (t
)
Initial tests (clean filter)
After a 11 months operation (used filter)
Time(min)
0,0000
0,0005
0,0010
0,0015
0,0020
0,0025
0,0030
0,0035
0,0040
0,0045
0 200 400 600 800 1000 1200
E (t
)
Initial tests (clean filter)
After a 11 months operation (used filter)
Time(min)
Tracer studies - DTD curve
0
20
40
60
80
100
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40
Tempo (horas)
Q (
Lit
ros/m
inu
to)
Teste 5 (FV-NP) Teste 11 (FVP-2)
Outflow as a function of time
Wetlands construdas de escoamento vertical
Lembrar que as unidades recebem esgoto bruto Dois anos de operao: sem retirada de lodo
Concentraes efluentes (mdias de dois anos de operao)
Wetlands construdas de escoamento vertical
Parmetros Unidade
plantada
DBO 52
DQO 117
SST 40
N amoniacal 12
CePTS UFMG / COPASA (100 inhab)
Potencial para nitrificao
Wetlands construdas de escoamento vertical
Remoo de Escherichia coli : 1 a 2 unidades log
Concentrao efluente mdia: 1 ovo/L (ausncia em
grande parte das amostras do efluente)
Eficincia de remoo dos ovos de helmintos: 97%
Concentraes no esgoto bruto: 0 a 280 ovos/L.
Wetlands construdas de escoamento vertical
(a) Ascaris sp., b)
Enterobius vermicularis, c)
Ancilostomdeo