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UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA
FEDERAL DO PARANÁ
Disciplina:
SANEAMENTO arquivo 011
Tratamento de esgotos por lagoas
Prof.: Flavio Bentes Freire
TRATAMENTO DE ESGOTO SANITÁRIO
►Lagoas de estabilização
● Sistemas mais simples para tratamento de esgotos
● Diversas variantes
● Diferentes níveis de simplicidade operacional e
requisitos de área
TRATAMENTO DE ESGOTO SANITÁRIO
● Principais sistemas de lagoas
+ Lagoa facultativa
+ Lagoa anaeróbia seguida por lagoa facultativa (sistema
australiano)
+ Lagoa aerada facultativa
+ Lagoa aerada de mistura completa seguida por lagoa
de decantação
TRATAMENTO DE ESGOTO SANITÁRIO
● As lagoas anteriores são utilizadas para remoção de
matéria carbonácea
● Além dessas lagoas, ainda existem as lagoas de
maturação, direcionadas à remoção de patog6enicos
(desinfecção)
TRATAMENTO DE ESGOTO SANITÁRIO
►Sistema de lagoa facultativa
TRATAMENTO DE ESGOTO SANITÁRIO
● Sistema extremamente simples
● Há uma “divisão” (imaginária) da lagoa em três regiões,
ao longo da profundidade:
+ Região aeróbia (próxima da superfície)
+ Região anaeróbia (mais próximas ao fundo da lagoa)
+ Região facultativa (entre a aeróbia e a anaeróbia)
TRATAMENTO DE ESGOTO SANITÁRIO
● Na região superior (aeróbia) as algas realizam
fotossíntese (por isso é necessária uma grande área de
exposição aos raios solares), liberando oxigênio
● O oxigênio também é introduzido na superfície em
virtude da agitação provocada pelos ventos
TRATAMENTO DE ESGOTO SANITÁRIO
● Não possui problemas acentuados de maus odores
● H2S formado na região anaeróbia é oxidado na zona
aeróbia
● Sistema ideal para regiões com elevada radiação solar
● Ponto desfavorável: grandes requisitos de área (o maior
de todas as alternativas)
TRATAMENTO DE ESGOTO SANITÁRIO
►Sistema lagoa anaeróbia + lagoa facultativa
TRATAMENTO DE ESGOTO SANITÁRIO
● Veio como uma alternativa ao sistema anterior
● Possui menos requisitos de área
● O esgoto entra inicialmente em uma lagoa com área
bem menor e mais profunda (predominantemente
anaeróbia)
TRATAMENTO DE ESGOTO SANITÁRIO
● Primeira lagoa, TDH entre 3 e 5 dias, ocorre uma
remoção de matéria orgânica da ordem de 50 a 60%
● “Alívio” de carga para a lagoa facultativa (que pode ser
bem menor)
● “Sistema australiano”
● Maus odores na lagoa anaeróbia
TRATAMENTO DE ESGOTO SANITÁRIO
►Sistema lagoa aerada facultativa
TRATAMENTO DE ESGOTO SANITÁRIO
● Facultativa com menores dimensões (em relação ‘a
convencional)
● Diferença a forma de introdução do oxigênio
● Aeradores mecânicos (que não garantem aeração
completa)
TRATAMENTO DE ESGOTO SANITÁRIO
● Consegue-se dimensões bem menores (menor TDH)
● é possível se obter melhor distribuição do oxigênio e das
reações de degradação
● TDH de 5 a 10 dias
● Ponto desfavorável: aumento do nível de complexidade
de operação
TRATAMENTO DE ESGOTO SANITÁRIO
►Sistema lagoa aerada de mistura completa + lagoa de
decantação
TRATAMENTO DE ESGOTO SANITÁRIO
● Sistema semelhante ao sistema de lodos ativados
● Nessa configuração, a aeração é mais potente que na
lagoa descrita anteriormente
● É possível atingir aeração em todas as regiões da lagoa,
e por isso ela é chamada de “mistura completa”
TRATAMENTO DE ESGOTO SANITÁRIO
● Aeração é conseguida por potentes aeradores
● Sólidos ficam em suspensão (grande turbulência)
● Há um ótimo contato entre o esgoto e a biomassa
● Problema: a saída dessa biomassa junto ao efluente
(mesmo problema do lodos ativados) requer a instalação
de uma lagoa de decantação (não há recirculação)
TRATAMENTO DE ESGOTO SANITÁRIO
►Exercício: dimensionar uma lagoa facultativa, com base
nos seguintes dados:
● Adotar modelo ideal de mistura completa
● Temperatura do líquido no mês mais frio: 20oC
● População: 20000 hab
● Vazão afluente: 3000 m3/d
TRATAMENTO DE ESGOTO SANITÁRIO
● DBO afluente: 350 mg/L
● Considere que a concentração máxima de sólidos no
efluente seja de 100 mg/L
TRATAMENTO DE ESGOTO SANITÁRIO
● Taxa de aplicação superficial (Ls)
+ É o parâmetro essencial na determinação da área da
lagoa
+ A taxa é definida pela carga de DBO (KgDBO/dia)
dividida pela unidade de área
+ Varia conforme vários fatores, principalmente em
função da temperatura
● Recomendações (Von Sperling)
+ Região com inverno quente e elevada insolação: Ls =
240 a 350 kgDBO/ha.dia
+ Região com inverno e insolação moderados: Ls = 120
a 240 kgDBO/ha.dia
+ Região com inverno frio e baixa insolação: Ls = 100 a
180 kgDBO/ha.dia
+ Taxa adotada: Ls = 200 kgDBO/ha.dia
● Cálculo da carga afluente de DBO
+ No enunciado foi fornecida uma DBO afluente (ou
seja, na entrada da lagoa) de 350 mg/L
+ Convertendo as unidades: DBO = 0,350 Kg/m3
+ A carga afluente de DBO é definida assim:
+ Carga = concentração x vazão
+ Carga = 0,350x3000 = 1050 Kg DBO/dia
● Cálculo da área requerida para a lagoa
Ls = carga/área
Área = carga/Ls
Área = 1050/200 = 5,25 ha
Área = 52500 m2
● Cálculo da área requerida para a lagoa
Ls = carga/área
Área = carga/Ls
Área = 1050/200 = 5,25 ha
Área = 52500 m2
● Adoção da profundidade da lagoa (H)
+ A recomendação é de H entre 1,5 e 3,0 m
+ Adota-se H = 2,0 m
● Volume da lagoa: V = 52500x2,0 = 105000 m3
● Cálculo do tempo de detenção hidráulica (TDH)
+ Para lagoas facultativas o TDH deve ficar entre 15 e
45 dias
+ TDH = volume/vazão = 105000/3000 = 35 dias
+ Dentro do intervalo recomendado: OK!
● Estimativa da DBO efluente
+ No esgoto existem sólidos dissolvidos e sólidos
suspensos
+ As duas modalidades de sólidos contribuem para a
DBO
Mistura completa
“Pistão”
►Reatores de mistura completa em série
► Aplicação dos conceitos: estimativa da DBO efluente
● DBOsoluvel
+ É usual adotar o modelo de mistura completa (para
uma ou mais células), devido as seguintes razões:
• Cálculos mais simples
• Segurança (o reator de MC prevê uma menor
eficiência)
+ Supondo um modelo de mistura completa
+ S: DBOsoluvel efluente
+ So: DBO afluente
+ K: coeficiente de remoção de DBO (uma valor entre
0,30 e 0,35 d-1 que deve ser corrigido quando a
temperatura do líquido é diferente de 20 graus – não
é o nosso caso)
+ t: tempo de detenção hidráulica
+ Dessa maneira a DBO solúvel efluente será:
+ DBOparticulada
• A literatura indica que 1 mg/L de sólidos
suspensos (SS) correspondem aproximadamente
a um intervalo de 0,3 a 0,4 mg/L de
DBOparticulada (vamos adotar 0,3)
● Eficiência da lagoa
● Número de lagoas
+ Até agora temos os seguintes resultados:
• Área total: 52500 m2
• Volume total: 105000 m3
● Como a área é muito grande (dificuldades construtivas)
adotaremos duas lagoas, cada uma com metade da
área total (A = 26250 m2)
● Dimensões
+ Admitindo-se uma relação comprimento/largura (L/B)
igual a 2,5, tem-se:
● Dimensões finais
+ São adotadas duas lagoas com:
L = 258 m
B = 103 m
H = 2,0 m
● Área total requerida pelo sistema
+ A área total requerida para as lagoas, incluindo os
taludes e área de influência, é cerca de 25% a 33%
maior que a área líquida calculada
+ Portanto a área total deverá ser próxima de 3,5 ha
● Acúmulo de lodo
+ A taxa de acumulação de lodo para uma lagoa
facultativa fica entre 0,03 e 0,08 m3/hab.ano
+ Vamos adotar uma taxa de 0,05 m3/hab.ano
+ Para uma população de 20000 habitantes (dado do
exercício) o acúmulo será de: 20000.0,05 = 1000
m3lodo/ano
● Acúmulo de lodo
+ Cada lagoa terá um acúmulo anual de lodo de 500 m3
+ Área da lagoa = 258x103 = 26574 m2
Altura: 500/26574 = 0,019 m = 1,9 cm de lodo / ano
+ Em 20 anos de operação (geralmente este é o
alcance de projeto) haverá uma espessura de 38 cm
de lodo
TRATAMENTO DE ESGOTO SANITÁRIO
►Desinfecção de esgotos
● Interesse cada vez maior
● Inativação de patogênicos
● Opções:
+ Cloro, UV, ozônio, lagoas de maturação
TRATAMENTO DE ESGOTO SANITÁRIO
● Esgoto bruto: 1,0 x 107 NMP/100 mL de CF
● Água potável: ausente
TRATAMENTO DE ESGOTO SANITÁRIO
►Lagoas de maturação
● Objetivo principal: inativação de patogênicos
● “Bônus”: remoção adicional de DBO (modesta)
● O ambiente ideal para os microrganismos patogênicos é
o trato intestinal humano
● Fora deste, os patogênicos tendem a morrer
TRATAMENTO DE ESGOTO SANITÁRIO
● Diversos fatores contribuem para isso
+ Temperatura
+ Radiação
+ Escassez de alimento
+ Organismos predadores, competição
+ Outros
TRATAMENTO DE ESGOTO SANITÁRIO
● Lagoas de maturação buscam potencializar parte
desses fatores
● Vários desses mecanismos se tornam mais efetivos com
menores profundidades
● Por este motivo as lagoas de maturação são mais rasas
se comparadas aos demais tipos
TRATAMENTO DE ESGOTO SANITÁRIO
● Elevadas eficiências são possíveis (inclusive para
cumprir os padrões de descarte)
● Essas lagoas usualmente atingem eliminação total de
helmintos (vermes), por exemplo
● Atenção: técnica não se adéqua a tratamento de água –
ordens de grandeza água/esgoto são bem distintas
TRATAMENTO DE ESGOTO SANITÁRIO
● Estudos empíricos mostraram que a redução é mais
significativa quando o sistema é composto por mais de 3
lagoas de maturação em série
● Da mesma maneira que para as outras lagoas, o
equacionamento varia conforme o regime hidráulico
adotado
TRATAMENTO DE ESGOTO SANITÁRIO
● Equacionamento - para lagoas de maturação em MC,
em série (mais usual), temos:
N: coliformes no efluente (organismos/100 mL)
No: organismos no afluente (organismos/100 mL)
Kb: coeficiente de decaimento bacteriano (como uma
espécie de “taxa de mortalidade”)
T: tempo de detenção hidráulica (dias)
TRATAMENTO DE ESGOTO SANITÁRIO
● Quanto maior o coeficiente kb, maior será a velocidade
de declínio dos microrganismos patogênicos, e maior
será a eficiência da desinfecção
● Para uma lagoa de mistura completa, por exemplo
+ kb está entre 0,4 e 1,0 (lagoa facultativa)
+ kb está entre 0,5 e 2,5 (lagoa de maturação)
TRATAMENTO DE ESGOTO SANITÁRIO
Exercício: dimensionar um sistema de lagoas de
maturação para tratar os efluentes das lagoas
facultativas do exemplo anterior
● População: 20000 hab
● Vazão afluente: 3000 m3/d
TRATAMENTO DE ESGOTO SANITÁRIO
● Dimensões das facultativas
+ Comprimento: L = 258 m
+ Largura: B = 103 m
+ Profundidade: H = 2,0 m
TRATAMENTO DE ESGOTO SANITÁRIO
● Coliformes no esgoto bruto
+ Produção per capita de CF: 4x1010 (Von Sperling)
+ Carga de coliformes
TRATAMENTO DE ESGOTO SANITÁRIO
● Concentração de coliformes fecais no esgoto bruto
TRATAMENTO DE ESGOTO SANITÁRIO
● Remoção de patogênicos na lagoa facultativa: embora
tenha sido projetada para promover remoção de matéria
orgânica, também promoverá a remoção parcial de
patogênicos
TRATAMENTO DE ESGOTO SANITÁRIO
● Cálculo da concentração de coliformes fecais no
efluente da facultativa
+ Já vimos que no afluente da facultativa: No= 2,7.107
CF/100mL
+ Admitindo um regime de MC
+ Adotando kb = 1,0 (tabelado Von Sperling)
TRATAMENTO DE ESGOTO SANITÁRIO
TRATAMENTO DE ESGOTO SANITÁRIO
+ Entrada: 2,7.107 CF/100mL
+ Saída: 7,5.105 CF/100 mL
+ Parece pouco eficiente?
+ Vamos calcular a eficiência
TRATAMENTO DE ESGOTO SANITÁRIO
● Concentração efluente da facultativa será a
concentração afluente do sistema de lagoas de
maturação
● Para uma redução mais significativa adotaremos 3
lagoas de maturação (n = 3)
TRATAMENTO DE ESGOTO SANITÁRIO
● Volume das lagoas de maturação
+ TDH: Os pesquisadores recomendam um tempo de
detenção mínimo de 3 dias para cada lagoa de
maturação
+ Vamos adotar TDH = 4,5 dias
TRATAMENTO DE ESGOTO SANITÁRIO
● Dimensões de cada lagoa de maturação
+ A profundidade recomendada fica entre 0,8 e 1,5 m
(bem menor que nas facultativas)
+ Vamos adotar H = 1,0 m
+ Área superficial de cada lagoa
TRATAMENTO DE ESGOTO SANITÁRIO
+ Área superficial de cada lagoa
TRATAMENTO DE ESGOTO SANITÁRIO
+ As lagoas de maturação podem ser quadradas
+ Assim
• Comprimento: L = 117 m
• Largura: B = 117 m
TRATAMENTO DE ESGOTO SANITÁRIO
● Área total requerida
+ A área total requerida para as lagoas de maturação é
cerca de 25% maior que a área calculada para cada
lagoa
+ Para três lagoas: Atotal = 1,25.3.117.117 = 51334 m2
+ Área = 5,2 ha
TRATAMENTO DE ESGOTO SANITÁRIO
● Concentração de coliformes no efluente das lagoas de
maturação (última lagoa)
+ São três lagoas de mistura completa em série:
TRATAMENTO DE ESGOTO SANITÁRIO
+ Em lagoas de maturação de MC, os valores de kb
variam de 0,5 a 2,5 d-1
+ Os valores efetivos de kb são determinados através
de ensaios prévios
+ Mas são fortemente influenciados pela temperatura
local
TRATAMENTO DE ESGOTO SANITÁRIO
+ Supondo uma região de clima quente, adotaremos kb
= 2,0 d-1
TRATAMENTO DE ESGOTO SANITÁRIO
+ Constata-se uma eficiência bastante elevada
+ Em termos práticos pode-se dizer que o sistema de
lagoas proposto atende aos padrões de qualidade
para rios de classe 2 (menor que 1000 CF/100mL)
TRATAMENTO DE ESGOTO SANITÁRIO
● Eficiência de remoção das lagoas de maturação
● Eficiência global do sistema
TRATAMENTO DE ESGOTO SANITÁRIO
Referência trabalho