Sumrio

1 INTRODUO22 ESPECIFICAES DO SISTEMA22.1 Lagoas anaerbias22.2 Lagoas facultativas32.3 Lagoas de maturao33 MEMORIAL DE CLCULOS34 REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS10

1 INTRODUOOs sistemas de lagoas de estabilizao constituem-se na forma mais simples para o tratamento de esgotos. Dentre eles, encontram-se as lagoas facultativas, os sistemas de lagoas anaerbias seguidas por lagoas facultativas, as lagoas aeradas facultativas e os sistemas de lagoas aeradas de mistura completa seguidas por lagoas de decantao (VON SPERLING, 2002).O principal objetivo destes sistemas a remoo de matria orgnica e, alm destas lagoas, para a remoo de organismos patognicos, h as lagoas de maturao (VON SPERLING, 2002).O presente trabalho consiste no dimensionamento, para 20 anos, de um sistema de lagoas constitudo por lagoas anaerbias seguidas de facultativas e lagoas de maturao para a cidade de Nepomuceno, localizada no sul de Minas Gerais, cuja populao para o ano de 2013, segundo o IBGE, era de 25.733 habitantes, sendo 19.936 habitantes da zona urbana.Os valores de alguns dos parmetros do esgoto bruto em questo so apresentados na Tabela 1 a seguir.PARMETROESGOTO BRUTO

DBO, mg/L350

N-NH3, mg/L35

Norg, mg/L25

E. coli, (NMP, 100 mL)4 x 107

O sistema deve atender Resoluo CONAMA 430 de 2011, que estabelece os padres de lanamento de efluentes, sendo 60 % de eficincia de remoo de DBO e na sada do tratamento, deve-se ter 20 mg/L NH3. E segundo a OMS, para uso na irrigao, o esfluente deve ter 103 E.coli/mL.2 ESPECIFICAES DO SISTEMA Os seguintes critrios devero ser adotados para o dimensionamento do sistema de lagoas:Vazo de projeto, Q = 2689,2 m3/dPopulao de projeto (20 anos), Pop = 22.410 habTemperatura mdia dos meses mais frios, T = 16,5 C

2.1 Lagoas anaerbiasOs seguintes critrios devero ser adotados para o dimensionamento da lagoa anaerbia:Carga orgnica, L = 941, 22 kgDBO/dCarga orgnica volumtrica, LV = 0,23 kgDBO/m3.dCom base nesses parmetros, sero dimensionadas duas lagoas anaerbias quadradas em paralelo com as seguintes dimenses cada uma:Volume, V = 2.046,15 m3rea, Au = 511,5 m2Lado, L = 22,6 mAltura, H = 4 mCom essas especificaes, obtm-se um tempo de deteno hidrulica (TDH) de 1,5 dias, portanto, o sistema dever ser de alta taxa, com distribuio uniforme do efluente.A eficincia de remoo de DBO das lagoas anaerbias de 53 % e o acmulo de lodo de 1.344,6 m3/ano e, portanto, o lodo deve ser removido anualmente.

2.2 Lagoas facultativasConsiderando eficincia de remoo de DBO de 53 % das lagoas anaerbias, tm-se os seguintes parmetros a serem adotados no dimensionamento das lagoas facultativas:Concentrao de DBO afluente, S0 = 164,5 mg/LCarga orgnica, L = 442,37 kgDBO/dTaxa de aplicao superficial, LS = 190,8 kgDBO/ha.dCom base nesses parmetros, sero dimensionadas duas lagoas facultativas em paralelo com as seguintes dimenses cada uma:rea, Au = 1,16 haComprimento, L = 186,5 mLargura, B = 62,2 mAltura, H = 1,80 mVolume, V = 20.880,5 m3Com essas especificaes, obtm-se um tempo de deteno hidrulica (TDH) de 15,5 dias. O sistema a ser implantado de fluxo disperso, ento, a partir disso, calculam-se a concentrao de DBO efluente e a eficincia de remoo de DBO das lagoas facultativas:Concentrao de DBO efluente, S = 68,7 mg/LEficincia de remoo de DBO, E = 58,2%O acmulo de lodo de 1.120,5 m3/ano, o que corresponde a 4,8 cm/ano e, portanto, o lodo dever ser removido aps 12,5 anos de operao das lagoas facultativas.A figura mostra a planta das lagoas facultativas em paralelo.E a eficincia de remoo de DBO do sistema lagoa anaerbia-facultativa de 80,3%.

2.3 Lagoas de maturaoAs lagoas de maturao tm as seguintes dimenses:rea total = 37.384,1 m2Altura, h = 0,9 m. Volume total, V = 33.645,7 m3.O tempo de deteno hidrulica, t = 12,5 d.Eficincia de inativao de patgenos = 99,8%

3 MEMORIAL DE CLCULOS3.1 Estimativa da PopulaoA populao foi estimada de acordo com a seguinte frmula, disponibilizada pelo IBGE (2013):

Onde a populao estimada em uma rea menor i em um perodo t, a populao estimada para uma rea maior em um perodo t, o coeficiente de incremento da populao da rea menor i em relao ao incremento da rea maior e o coeficiente linear de correo.Para a determinao destes coeficientes, utiliza-se o perodo delimitado por dois censos demogrficos (t0 e t1). Substituindo esses dois perodos na equao acima, tem-se:

Da resoluo deste sistema de duas equaes, obtm-se:

Considerando o Brasil como a rea maior e Nepomuceno como a rea menor i e utilizando os censos de 2000 (t0) e 2010 (t1) disponibilizados pelo IBGE, temos que:P(2000) = 169.799.170 habP(2010) = 190.732.694 habPi(2000) = 18.059 habPi(2010) = 19.936 habEnto,

Logo, considerando a estimativa da populao do Brasil para 2034, disponibilizada pelo IBGE, obtemos a populao estimada de Nepomuceno para 2034:P(2034) = 218.345.419 hab

3.2 Vazo de projetoConsiderando QPC = 150 L/hab.d e R = 0,8, para uma populao de 22.410 habitantes, tem-se:

3.3 Temperatura mdia dos meses mais friosPara a obteno da temperatura mdia dos meses mais frios, foram considerados os dados da cidade de Lavras, situada a aproximadamente 30 km de Nepomuceno, devido semelhana de clima e inexistncia de dados para esta cidade. Os dados foram obtidos do banco de dados climticos do Brasil (EMBRAPA, 2014). Portanto, a temperatura a ser utilizada para o dimensionamento da lagoa anaerbia de 16,5 C.

3.4 Lagoas anaerbias3.4.1 Carga orgnicaConsiderando a DBO afluente sendo DBO5 = 350 mg/L, obtemos a carga orgnica:

3.4.2 Carga orgnica volumtricaDe acordo com os dados disponibilizados pela EMBRAPA, as temperaturas mdias de junho, julho e agosto para a cidade de Lavras-MG so 17,5 C, 16,3 C e 15,8 C, respectivamente. Ento, a temperatura mdia dos meses mais frios foi de T = 16,5 C. Para temperaturas entre 10 e 20 C, a carga orgnica volumtrica dada por:

3.4.3 VolumeO volume obtido pela seguinte frmula:

Conferindo a carga orgnica volumtrica para incio de projeto:

3.4.4 Dimenses das lagoasAdotando-se uma altura H = 4 m, obtm-se:

Sero adotadas duas lagoas quadradas em paralelo com rea unitria de Au = 511,5 m2, de lado igual a 22,6 m.

3.4.5 Tempo de Deteno HidrulicaO tempo de deteno hidrulica dado por:

3.4.6 Eficincia de remoo de DBOPara a temperatura de 16,5 C, a eficincia de remoo de DBO dada por

3.4.7 Concentrao efluentePara a eficincia de remoo de 53 %, a concentrao efluente das lagoas anaerbias dada por:

3.4.8 Acmulo de lodo e frequncia de limpezaAdotando-se uma taxa de acmulo de 0,06 m3/hab.ano, tem-se:Acumulao anual = 0,06 m3/hab.ano x 22.410 hab = 1.344,6 m3/anoPortanto, a espessura da camada de lodo em 1 ano :

As lagoas devem ser limpas quando a camada de lodo atingir aproximadamente 1/3 da altura til, ento:

O lodo dever ser removido anualmente.3.4.9 Converso de Nitrognio Orgnico a Nitrognio AmoniacalConsidera-se que 50% do nitrognio orgnico sejam convertidos a amoniacal. Sendo assim, a concentrao de N-NH3 efluente lagoa anaerbia ser:

3.5 Lagoas facultativas3.5.1 Concentrao afluenteA concentrao afluente igual concentrao efluente das lagoas anaerbias, ou seja:

3.5.2 Carga orgnicaA carga orgnica obtida pela seguinte frmula:

3.5.3 Taxa de aplicao superficialPara a temperatura de 16,5 C, a taxa de aplicao superficial dada por:

3.5.4 Dimenses das lagoas facultativasA rea total dada por:

Sero adotadas duas lagoas em paralelo, cada uma com rea , e com uma relao L:B = 3, ento:B = 62,2 mL = 186,5 mEssas dimenses resultam em uma rea igual a .Adotando uma altura H = 1,80 m, obtemos o volume de cada lagoa:

Portanto, o volume total das lagoas facultativas .

3.5.5 Tempo de deteno hidrulicaO tempo de deteno hidrulica dado por:

3.5.6 Coeficiente de remoo de DBOO coeficiente de remoo de DBO obtido pela seguinte frmula:

Correo do coeficiente de remoo de DBO:

3.5.7 Nmero de dispersoO nmero de disperso dado por:

3.5.8 Concentrao efluentePara modelos de fluxo disperso, a concentrao de DBO solvel efluente dada por:

Portanto,

Admitindo-se que a concentrao de slidos suspensos, SS efluente, seja igual a 80 mg/L, e que 1 mg SS/L algas corresponde a 0,35 mg DBO5/L, tem-se:DBO particulada = 0,35 mg DBO5/mg SS x 80 mg DBO5/LDBO particulada = 28 mg DBO5/LLogo, a DBO total efluente ser:DBOtotal = DBOsolvel + DBOparticuladaDBOtotal = 40,7 mg/L + 28 mg/LDBOtotal = 68,7 mg/L

3.5.9 Eficincia de remoo de DBOA eficincia de remoo de DBO dada por:

3.5.10 Eficincia de remoo de DBO do sistema de lagoas anaerbia-facultativaA eficincia de remoo de DBO dada por:

3.5.11 Remoo de amniaPara a remoo de amnia na lagoa facultativa, segundo o modelo de Pano e Middlebrooks, considera-se o pH de 7,5, e a concentrao afluente de nitrognio amoniacal de 47,5 mg/L. Logo, a concentrao efluente a lagoa facultativa dada por:

3.5.12 Decaimento bacterianoO decaimento bacteriano na lagoa facultativa segue o modelo de fluxo disperso.Sabendo que H = 1,80 m, calcula-se o coeficiente de remoo de E. coli para temperatura de 20 C:

A partir do resultado encontrado, calcula-se o coeficiente de remoo corrigido para a temperatura de projeto (T = 16,5 C):

Sabendo-se que o TDH = 15,5 dias e utilizando a equao de contagem de E. coli efluentes para fluxo disperso, obtm-se:

Portanto,

Considerando que as lagoas anaerbias removem 1 unidade log de E. coli, a concentrao afluente a lagoa facultativa ser:

3.5.13 Acmulo de lodoAdotando-se uma taxa de acmulo de 0,05 m3/hab.ano, tem-se:Acumulao anual = 0,05 m3/hab.ano x 22.410 hab = 1.120,5 m3/anoPortanto, a espessura da camada de lodo em 1 ano :

As lagoas devem ser limpas quando a camada de lodo atingir aproximadamente 1/3 da altura til, ento:

O lodo dever ser removido aps 12,5 anos de operao das lagoas.

3.6 Lagoas de maturao3.6.1 Estimativa do tempo de deteno hidrulica totalA contagem inicial de E. coli na primeira lagoa de maturao de .Para calcular o TDH total das lagoas de maturao, considera-se que a contagem desejada de E. coli no efluente final seja N = 103 E. coli/100mL.Adotando-se altura da primeira lagoa h = 0,9 m, calcula-se o coeficiente de remoo de E. coli para temperatura de 20 C:

A partir do resultado encontrado, calcula-se o coeficiente de remoo corrigido para a temperatura de projeto (T = 16,5 C):

Adota-se um tempo de deteno hidrulica terico de 12 dias.3.6.2 Dimenses das lagoas de maturao3.6.2.1 Primeira lagoaAdotando-se 3 lagoas de maturao em srie, o tempo de deteno hidrulica para a primeira lagoa ser de t = 4,5 d.Sabe-se que

Portanto,

Como a altura da primeira lagoa h = 0,9 m:

Adotando-se uma relao L:B = 2,2, tem-se:

Ou seja, a rea A = 13.452,1 m2 e o volume V = 12.106,9 m3.O nmero de disperso dado por:

E a concentrao efluente de E. coli da primeira lagoa ser dada por:

Portanto,

A eficincia de remoo de E. coli na primeira lagoa dada por:

3.6.2.2 Segunda lagoaPara a segunda lagoa, o acrscimo ao coeficiente de decaimento bacteriano de 10 %, ento:

E considerando um tempo de deteno hidrulica na segunda lagoa de t = 4 d, temos que:

Como a altura da segunda lagoa h = 0,9m:

Adotando-se uma relao L:B = 2, tem-se:

Ou seja, a rea A = 11.966 m2 e o volume V = 10.769,4 m3.O nmero de disperso dado por:

E a concentrao efluente de E. coli da primeira lagoa ser dada por:

Portanto,

A eficincia de remoo de E. coli na segunda lagoa dada por:

3.6.2.3 Terceira lagoaPara a terceira lagoa, o acrscimo ao coeficiente de decaimento bacteriano de 20 %, ento:

Sendo o tempo de deteno hidrulica da terceira lagoa de t = 4 d, tem-se:

Como a altura da terceira lagoa h = 0,9 m:

Adotando-se uma relao L:B = 2, tem-se:

Ou seja, a rea A = 11.966 m2 e o volume V = 10.769,4 m3.O nmero de disperso dado por:

E a concentrao efluente de E. coli da primeira lagoa ser dada por:

Portanto,

A eficincia de remoo de E. coli na primeira lagoa dada por:

3.6.3 Remoo de NitrognioA remoo de nitrognio amoniacal nas lagoas de maturao, segundo o modelo de Pano e Middlebrooks, ser dada por:

E na primeira lagoa, considerando o pH de 7,5, tem-se:

Para a segunda lagoa, o incremento de pH 4%, logo

Logo, a concentrao efluente segunda lagoa de maturao dada por:

Para a terceira lagoa, o incremento de pH 6%, logo

E a concentrao efluente terceira lagoa de maturao dada por:

Portanto, a eficincia de remoo de nitrognio nas lagoas de maturao ser de:

Para a remoo de amnia nas lagoas de maturao, segundo o modelo de Pano e Middlebrooks, considera-se o pH de 7,5, e a concentrao afluente de nitrognio amoniacal de 58,1 mg/L. Logo, a rea necessria para se obter a concentrao de 20 mg NH3/L dada por:

4 REFERNCIAS BIBLIOGRFICASEMBRAPA: banco de dados climticos do Brasil. Disponvel em: . Acesso em: 22 maio 2014.ESTIMATIVAS da populao residente nos municpios brasileiros com data de referncia em 1 de julho de 2013. IBGE, 2013. 8 p. Disponvel em: . Acesso em: 22 maio 2014.IBGE Instituto Brasileiro de Geografia e Estatstica. Disponvel em: . Acesso em: 22 maio 2014.VON SPERLING, M. Princpios do tratamento biolgico de guas residurias: lagoas de estabilizao. 2 ed. vol. 3. Belo Horizonte: editora UFMG, 2002. 196 p.