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Profa. Dra. Gersina N. da Rocha Carmo Junior
LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃOLAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO
Profa. Aparecida Sílvia Domingues
Tratamento Biológico de Esgotos Domésticos
Lagoas de Estabilização
Vantagens e Desvantagens
Curiosidades
Definição
Tipos de Tratamento
Conclusão
Lagoas Facultativas
Sistemas de Lagoas Anaeróbias Seguidas por Lagoas Facultativas
Lagoas Aeradas Facultativas
Lagoas de Maturação
LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃOLAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO
Existe a séculos de lagoas artificiais ou naturais que recebem despejos animais, de uso domésticos, e de pequenas comunidades.
Realizam os fenômenos típicos e próprios de depuração das lagoas de estabilização.
Sem que os especialistas se dêem conta
LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃOLAGOAS DE ESTABILIZAÇÃOAs primeiras lagoas
Fenômenos constatados – Santa Rosa, na California (USA, 1924)
Evitar custo de uma estação de tratamento, se fez passar o esgoto sobre um leito de pedra.
Colmatação dos vazios e acumulação do esgoto.
Efluente da “lagoa” com características de um filtro biológico.
-Fesseden na Dakota do Norte (USA, 1928).
Não se tinha conseguido construir o sistema de tratamento para uma nova rede de coleta;
Não havendo corpo receptor adequado
LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃOLAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO
As primeiras lagoas
Efluente foi dirigido a uma depressão do terreno fora da cidade.Qualidade do efluente final, comparado a de um tratamento secundário.
Permaneceu em operação durante 30 anos.
LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃOLAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO
Apenas nos últimos 50 anos Experimentos objetivos e critérios racionais de projetos começaram a ser desenvolvidos.
Década de 40 lagoas apareciam lagoas com acompanhamento de sua operação, a partir da qual se procurava conhecer os parâmetros de acompanhamento.
Pesquisa objetivaPesquisa objetiva
Nos Estados Unidos: Estados de Dakota do Norte e Dakota do Sul, 1948:
Primeira lagoa projeta para receber e tratar especificamente esgoto bruto
Lagoa de MaddockLagoa de Maddock
LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃOLAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO
LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃOLAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO
Aproximadamente nesta mesma época na Austrália
Estudos para realizar o tratamento de esgotos em lagoas
Pioneiro em lagoas em série
““Lagoas Australianas”Lagoas Australianas”
LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃOLAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO1950, 1960
Desenvolvimento maior:
Estados Unidos, Austrália, Nova Zelândia, Israel, África do Sul, Índia, Canadá, e na América Latina, no Brasil, México, Colômbia, Peru, Costa Rica, Cuba, Equador.
BRASILBRASIL
Primeira lagoa construída a de São José dos Campos, São Paulo
Sistema Australiano
Indicação de uso das lagoas de estabilização:
Devido aos seguintes aspectos:
Suficiente disponibilidade de área em um grande número de localidades;
Clima favorável (temperatura e insolação elevadas);
Operação simples;
Necessidade de poucos ou nenhum equipamento.
Muito adequada para as condições do Brasil e da América Latina
Solução plenamente aceitável
LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃOLAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO
ConceitoSão sistemas de tratamento biológico em que a estabilização da matéria orgânica é realizada pela oxidação bacteriológica (oxidação aeróbia ou fermentação anaeróbia) e/ou redução fotossintética das algas
Simplicidade e eficiência no processo, baixo custo de construção e operação, condições climáticas extremamente favoráveis.
Completa aceitação no Brasil.
LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃOLAGOAS DE ESTABILIZAÇÃODiversas variantes do sistema de lagoas de estabilização
Costumam ser classificada em:lagoas anaeróbias;Lagoa facultativas;Lagoas estritamente aeróbias;Lagoas de maturação;Lagoas de polimento;Lagoas aeradas;Lagoas com macrófitas
LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃOLAGOAS DE ESTABILIZAÇÃOModernamente, as lagoas devem cumprir dois objetivos principais:
A proteção ambiental
Remoção da DBO
A proteção da saúde pública
Remoção de organismos patogênicos
Eficiência
Matéria orgânica dissolvida no efluente
30 a 50mg/l
Eficiência de DBO entre 75 a 85%
Lagoa de maturação em série têm-se alcançado até 99,999%
Lagoas de Estabilização
Importante campo de aplicação
Preparar o efluente para uso na agricultura e aguacultura.
Diretrizes recentes estabelecidas pela Organização Mundial da Saúde
Qualidade microbiológica dos efluentes tratados usados em culturas consumidas cruas, campos esportivos ou parques públicos.
Inferior a 1000 CF/100mlUma série de lagoas estabilização pode alcançar esta qualidade
Média geométrica
Lagoas de Estabilização
Os limites estabelecidos na Resolução n°357/05 do CONAMA
Para águas de classe 2: irrigação de hortaliças e plantas frutíferas, fixam que :
80% ou mais de pelo menos 5 amostras mensais, ≤1000 CF/100 ml, e ≤ 5000 CT/100ml.
Coliformes fecais
Coliformes totais
LAGOAS DE LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃOESTABILIZAÇÃO
Escolha do processo de tratamento por lagoas:
•Onde a terra é barata;
•Clima favorável;
•Se deseja método de tratamento que não requeira equipamentos;
•Não requeira capacidade especial de operadores.
Construção simples, envolvendo principalmente movimento de terra
Terminologia frequentemente adotada
Relaciona-se à sua posição na série de unidades de tratamento
Lagoa primária: primeira lagoa da série
Lagoa Facultativa ou anaeróbia recebe esgoto bruto
Lagoa secundária: segunda lagoa da sérieRecebe esgoto da lagoa à montante, facultativaLagoa terciárias, quaternárias, etc: ocupam a terceira, quarta etc posição na série
Usualmente lagoas de maturação
posição na série de unidades de tratamento
Lagoas de Estabilização
Tem que existir equilíbrio entre a condições locais e a carga poluidora.
Projeto criterioso
Caso contrário, inconvenientes:
Exalação de mau cheiro;
Estética desfavorável;
Efluente com DBO elevada;
Coliformes fecais em excesso;
Mosquitos, etc.
LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃOLAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO
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 DE LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃOESTABILIZAÇÃO
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 DE LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃOESTABILIZAÇÃO
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.
LAGOAS DE LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃOESTABILIZAÇÃOLagoas Anaeróbias
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
LAGOAS DE LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃOESTABILIZAÇÃOLagoas Anaeróbias
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.
LAGOAS DE LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃOESTABILIZAÇÃOLagoas Anaeróbias
Contin...
Lagoa anaeróbia
Lagoas AnaeróbiasLagoas Anaeróbias
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
Lagoas AnaeróbiasLagoas Anaeróbias
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.
Lagoas AnaeróbiasLagoas Anaeróbias
Eficiência de remoção de DBO
50 a 70%
Necessidade de unidade posterior de tratamento
Sistemas de lagoas anaeróbias seguidas de lagoas facultativas
Sistema Australiano
Lagoas AnaeróbiasLagoas Anaeróbias
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
Lagoas AnaeróbiasLagoas Anaeróbias
Grade
FaseSólida
FaseSólida
Cx de areia
Medição de vazão
Lagoa Anaeróbia Lagoa Facultativa
Corpo Recepto
r
Sistema Australiano
Lagoas AnaeróbiasLagoas Anaeróbias
Fator negativo
Risco potencial de exalação de maus odores
Acúmulo de materiais flutuantes
Sistema equilibrado, não ocorrência de maus odores
Lagoas AnaeróbiasLagoas Anaeróbias
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
LAGOAS DE LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃOESTABILIZAÇÃOLagoas Anaeróbias
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
LAGOAS DE LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃOESTABILIZAÇÃOLagoas Anaeróbias
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.
LAGOAS DE LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃOESTABILIZAÇÃOLagoas Anaeróbias
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 DE LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃOESTABILIZAÇÃO
Lagoas Anaeróbias
Tempo de detenção hidráulico
LAGOAS DE LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃOESTABILIZAÇÃO
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).
Tempo de detenção hidráulico
LAGOAS DE LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃOESTABILIZAÇÃOLagoas Anaeróbias
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).
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.
CRITÉRIOS DE DIMENSIONAMENTOCRITÉRIOS DE DIMENSIONAMENTO