Lagoas de Estabilização
LAGOAS FACULTATIVAS
Profa. Dra. Gersina N. da Rocha Carmo Junior
Lagoas Facultativas
Variante mais simples
Retenção dos esgotos por um período de tempo
longo o suficiente para que os processos naturais de
estabilização da matéria orgânica se desenvolvam.
Vantagens e Desvantagens
Predominância dos fenômenos naturais
Lagoas facultativa – Descrição do Processo
Lagoas facultativa – Descrição do Processo
Características do efluente de uma lagoa
facultativa:
Cor verde devido às algas;
Elevado teor de oxigênio dissolvido;
Sólidos em suspensão, embora praticamente estes
não sejam sedimentáveis (as algas praticamente
não sedimentam no teste do cone Imhoff).
Influência da Algas
Lagoa de estabilização facultativa
As algas desempenham papel fundamental
Concentração maior do que a de bactérias
líquido
verde
na
superfície,
predominantemente
Lagoas de estabilização de Lins/SP
Lagoa Facultativa: Dispositivo de Saída
Influência da Algas
Presença de algas é medido na forma de
clorofila a
Concentração de clorofila em lagoas
facultativas depende da:
Carga aplicada e da temperatura
Situam-se na faixa de 500 a 2000 mg/l
Lagoas facultativa – Descrição do Processo
Algas
Em termos de sólidos em suspensão secos, a
concentração é usualmente inferior a 200 mg/L.
Em termos de números elas podem atingir
contagens na faixa de 104 a 106.
Influência da Algas
Grupo de algas de importância encontradas nas
lagoas de estabilização:
•Algas verdes
esverdeada
(clorofíceas):
conferem
a
cor
Indicam geralmente boas condições
Principais gêneros:Chlamydomonas, Euglenas e
Chlorellas;
Possuem flagelo: capacidade de locomoção
(otimização da posição em relação à incidência de luz
e à temperatura)
Influência das Algas
Cianobáctérias (anteriormente denominadas
cianofíceas, ou algas verde-azulada):
apresentam características de bactérias e algas,
atualmente classificadas com bactérias.
Não possuem organelas de locomoção como cílios,
flagelos, podem se deslocar por deslizamento
Necessidade nutricional reduzida
CO2, N2, água, alguns minerais e luz
Típicos de esgoto com baixo pH e pouco nutrientes.
Profundidade
Algas, Energia luminosa e oxigênio em função
da profundidade
Intensidade
luminosa
Algas
Produção de
oxigênio
Oxipausa
Consumo de
oxigênio
Figura 2 - Algas, energia luminosa e oxigênio em uma lagoa facultativa
(seção transversal)
Fonte: Sperling, 2002
Profundidade da zona aeróbia em função da carga de
DBO
Superfície
da lagoa
Dia
Noite
Zona
aeróbia
Zona
anaeróbia
Fundo da
lagoa
Baixa carga
de DBO
Dia
Noite
Zona
aeróbia
Zona
anaeróbia
Elevada carga
de DBO
Fig. Influência da carga aplicada à lagoa e da hora do dia na espessura das
camadas aeróbias (Sperling, 2002).
O pH da lagoa varia ao longo da
profundidade
O pH depende da fotossíntese e da respiração,
através das seguintes relações:
Fotossíntese:
•Consumo de CO2
•O íon bicarbonato(HCO3-) tende a se converter a OH•O pH se eleva
Respiração
•Produção de CO2
•O íon bicarbonato(HCO3-) tende a se converter a H+
•O pH se reduz.
O pH da lagoa varia ao longo da
profundidade
Durante o dia nas horas de máxima atividade
fotossintética.
pH pode atingir valores
em torno de 10
Podem ocorrer os seguintes fenômenos:
Conversão da amônia ionizada(NH4+) a amônia
livre(NH3) a qual é tóxica, mas tende a se liberar
para a atmosfera(remoção de nutrientes);
Contin...
Precipitação dos fosfatos (remoção de nutrientes);
Conversão do sulfeto(H2S) causador do mau
cheiro a bissulfeto(HS-) inodoro.
A influência das condições ambientais
Em lagoas de estabilização
Radiação solar, temperatura e o vento
Fator
Influência
Radiação solar Velocidade de fotossíntese
Temperatura
Vento
(Sperling, 2002).
Velocidade de fotossíntese
Taxa de decomposição bacteriana
Solubilidade e transferência de gases
Condições de mistura
Condições de mistura
Reaeração atmosférica
Mistura e estratificação térmica
Na lagoa ocorrerá naturalmente uma mistura da massa
líquida pela ação dos ventos e a um diferencial de
temperatura.
Benéfica
Para a distribuição das algas e do oxigênio no interior da
massa líquida
Para diminuir o efeito de eventuais curto circuitos no
escoamento
A lagoa poderá apresentar uma estratificação térmica
Mistura e estratificação térmica
Estratificação térmica
A camada superior (quente) não se mistura com a camada
inferior (fria).
Vento
Camada superior
Camada inferior
Sensível diminuição
na
temperatura
Termoclina
acréscimo
na
densidade
e
viscosidade
Lagoa com estratificação térmica
Mistura e estratificação térmica
Estratificação térmica
As algas não motoras
Permanecem na última camada, por sedimentação, apenas
consumindo oxigênio.
Algas móveis
Permanecem a cerca de 30 a 50cm da superfície
formando uma camada espessa que dificulta a penetração
de luz solar.
Diminuição do oxigênio nas lagoas
Conseqüência redução da capacidade de estabilizar a
matéria orgânica
Mistura e estratificação térmica
A estratificação térmica é quebrada pela:
Inversão térmica
Fenômeno natural que pode se dar pelo resfriamento
rápido da camada superior, por exemplo, no início da
noite, ou com a entrada de uma frente fria.
Lagoa com mistura-Inversão térmica
Vento
Camada única
Aproximando a temperatura
das duas camadas ou;
Tornando a densidade da
camada superior maior
gerando a o revolvimento
dessas camadas
Fatores controláveis
As características do esgoto a ser tratado;
As características do terreno;
As características dos corpos receptores;
A legislação ambiental;
As interferências das comunidades locais.
Critérios de projetos
Os principais parâmetros de projeto
lagoas facultativas:
Taxa de aplicação superficial;
Profundidade;
Tempo de detenção;
Geometria (relação comprimento/largura)
das
Critérios de projetos
Taxa de aplicação superficial
Carga orgânica por unidade de área
Baseia-se na necessidade de se ter uma
determinada área de exposição à luz solar na
lagoa, para que o processo de fotossíntese
ocorra.
Objetivo de se garantir a fotossíntese e, o crescimento de
algas, é o de se ter uma produção de oxigênio suficiente
para suprir a demanda de oxigênio.
Taxa de aplicação superficial (Ls)
A área requerida para a lagoa é calculada em
função da taxa de aplicação superficial (Ls). A taxa é
expressa em termos da carga de DBO.
L
A
L
s
Onde:
A= área requerida para a lagoa (ha);
L= carga de DBO total (solúvel + particulada) afluente
(KgDBO5)/d);
Ls= taxa de aplicação superficial
Taxa de aplicação superficial (Ls)
A taxa a ser adotada, varia com a temperatura local,
latitude, exposição solar, altitude e outros.
(Sperling, 2002).
Equação proposta por Mara (1997), segundo o autor,
possui aplicabilidade global:
L  350  1,107 - 0,002 T
 T 25 
s
Temperatura média do
ar no mês mais frio.
Taxas de aplicação superficial no Brasil, em função da temperatura média
do ar no mês mais frio, tendo por base a equação de Mara(Sperling,2002).
A área requerida para a lagoa
Não há um valor máximo absoluto de área, a partir do
qual o sistema de lagoas facultativas se torna inviável.
No Brasil há um sistema de lagoas ocupando 100 ha.
Argentina e Austrália, há sistema com mais de 300 ha.
Observar: Condições locais, da topografia, da geologia e
do custo do terreno.
Recomendação da minuta do Projeto de Norma para
Lagoas(1991): A área de uma lagoa facultativa não deve
ser maior que 15 ha.
Profundidade (H)
A profundidade da lagoa H é um compromisso
entre o volume requerido V e a área requerida A.
H = V/A
Outros aspectos
profundidade.
influem
na
seleção
da
Aspectos relacionados com a profundidade das
lagoas
Aspectos
relacionados
profundidade das lagoas
com
a
Lagoas Rasas
•H < 1,0 m: totalmente aeróbias;
•área elevada, para atender o tempo de detenção;
•penetração total de luz;
•produção maximizada de algas;
•vegetação
emergente:abrigo
para
larvas
mosquitos;
•São mais afetadas pela variação de temperatura.
de
Aspectos
relacionados
profundidade das lagoas
com
a
Lagoas Profundas
•Possibilitam maior tempo de detenção;
•Mais estável;
•Maior volume de armazenamento de lodo;
•Os subprodutos da decomposição anaeróbios são
liberados para as camadas superiores, demanda de
oxigênio;
•Riscos de mau cheiro são reduzidos;
•Permitem expansão futura para a inclusão de
aeradores.
Profundidade (H)
O conhecimento disponível é ainda limitado. Para
otimizar a profundidade da lagoa de forma a obter o
maior número de benefícios.
entre 1,5 a 3,0 m Projetos
1,5 a 2,0 m mais usual
Após a obtenção do valor da área superficial (através da
adoção de um valor para a taxa de aplicação superficial) e da
adoção da profundidade, obtém-se o volume da lagoa.
V= H x A
Tempo de Detenção
Associado ao volume e a vazão de projeto:
Onde:
V
t
Q
t = tempo de detenção (d);
V = volume da lagoa (m3);
Q =Vazão média afluente (m3.d);
Vazão média é a média entre a vazão afluente e a
vazão efluente:
Q
média

Q
afl
Q
2
efl

Tempo de Detenção
O tempo de detenção requerido para oxidação
da matéria orgânica varia com as condições
locais, notadamente a temperatura.
Menores tempo de detenção- regiões em que a
temperatura do líquido é elevada.
Esgotos concentrados - tempo de detenção
elevado.
Lagoas facultativas primária, tratando esgoto
doméstico.
t= 15 a 45 dias
O tempo de detenção pode ser utilizado de uma das
seguintes formas:
Adotar o t como um parâmetro explicito do
projeto.
Após ter sido adotado t, calcula-se V:
V= t x Q
Como a área A já foi determinada com base no
critério da taxa da aplicação, pode-se calcular H:
H= V/A
Adotar o H como um parâmetro explicito do
projeto.
Tendo-se H e A, calcula-se V:
V= A x H
E em decorrência o tempo de detenção t:
t= V/Q
Geometria da lagoa
(relação comprimento/largura)
Importante critério, influência no regime hidráulico da
lagoa.
O regime hidráulico de fluxo de pistão é o mais
eficiente em termos de remoção de DBO.
Regime mistura completa é mais indicado quando
se tem um despejo com grande variedade de carga e
à presença de compostos tóxicos.
Geometria da lagoa
(relação comprimento/largura)
Pode ser projetado para se aproximar das condições de fluxo
em pistão ou mistura completa.
fluxo em pistão (elevada relação comprimento/largura)
•As partículas entram continuamente no reator;
•Sem misturas longitudinais;
•Concentração próximo a entrada é diferente a
concentração de saída.
Geometria da lagoa(relação comprimento/largura)
Mistura completa
Homogeneização em todo tanque possibilita a
imediata dispersão dos poluentes;
A concentração logo se iguala a baixa concentração
do efluente;
Menor eficiência na remoção de DBO.
Geometria da lagoa(relação comprimento/largura)
A eficiência do sistema na remoção de poluentes
modelados pela reação de primeira ordem (ex:
DBO e coliformes) segue a ordem apresentada
abaixo:
Lagoas fluxo em pistão
Maior eficiência
Série de lagoas de mistura completa
Lagoa única de mistura completa
Menor eficiência
Geometria da lagoa(relação comprimento/largura)
Relação comprimento/largura
Elevada, tendem
a fluxo pistão
Próximo a 1 lagoa
quadrada, regime mistura
completa.
Lagoas facultativas
Relação comprimento/largura (L/B) = 2 a 4
LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO
LAGOAS FACULTATIVAS
Efluente de cor verde com elevado teor de O.D. e sólidos em
suspensão não sedimentáveis (algas)
Estimativa da concentração efluente de DBO
Fórmulas para o cálculo da concentração efluente S
(DBOsolúvel)
Regime
hidráulico
Esquema
Fórmula da concentração de
DBO solúvel efluente (S)
Fluxo de pistão
S= S0 .e-kt
Mistura completa
(1 celula)
S
S
1  K.t
Mistura completa
(celulas iguais
em série)
0
S
S
0
t
(1  K )
n
n
Estimativa da concentração efluente de DBO
Fórmulas para o cálculo da concentração efluente
(DBOsolúvel)
Onde:
S0 = Concentração de DBO total afluente (mg/L);
S= Concentração de DBOsolúvel afluente (mg/L);
K=Coeficiente de remoção de DBO (d-1)
t= tempo de detenção total (d)
n = número de lagoas em série (-)
Estimativa da concentração efluente de DBO
DBO total efluente = DBOsolúvel + DBOparticulada
1 mg SS/L = 0,3 a 0,4 mgDBO5/L
Sólidos em suspensão
DBOparticulada= 0,3 a 0,4mgDBO/L
1mgSS/L
1 mg SS/L = 1,0 a 1,5 mgDQO/L
Eficiência de remoção de DBO
S -S
E
x100
S
0
0
A maior parte dos coeficientes de remoção de DBO
disponível na literatura são para mistura completa.
Faixa de valores para o dimensionamento do valor do
coeficiente de remoção de DBO (K):
Lagoa
K(20°C)
Lagoas primárias (recebendo esgoto
bruto)
Lagoas secundárias (recebendo esgoto
efluente de uma lagoa ou reator)
0,30 a 0,40d-1
0,25 a 0,32d-1
Estimativa da concentração efluente de DBO
Para diferentes temperaturas de K pode ser
corrigido através da seguinte equação:
KT= K20.θ(T-20)
Diferentes valores de θ propostos na literatura:
Para K = 0,35d-1, tem-se θ= 1,085
Para K = 0,30d-1, tem-se θ= 1,05
Lagoa Facultativa
Lagoas Facultativa
Lagoas Facultativa
Acúmulo de lodo
Resultado dos sólidos em suspensão do esgoto
bruto, incluindo:
areia, mais microrganismos (bactérias e algas)
sedimentado
Fração orgânica é estabilizada anaeróbicamente,
convertida em água e gases.
O volume acumulado é inferior ao volume
sedimentado.
Acúmulo de lodo
A taxa de acúmulo do lodo em lagoas
facultativas é da ordem de 0,03 a 0,08
m3/hab.ano
Elevação média da camada de lodo em torno de 1
a 3 cm/ano.
O ocupação do volume da lagoa é baixo
O lodo acumulará por diversos anos sem
necessidade de remoção.
Vinculação entre a cor da lagoa e a característica de funcionamento
Lagoa Jardim
Paulistano II
Sistemas De Lagoas
Anaeróbias Seguidas
Por Lagoas
Facultativas
(Sistema
Australiano)
Lagoa Restinga
Sistemas De Lagoas
Anaeróbias Seguidas
Por Lagoas Facultativas
(Sistema Australiano)
Exemplo de Dimensionamento
Exemplo: Dimensionar uma lagoa facultativa para os seguintes
dados:
População: 20.000 hab.
Vazão afluente: 3.000 m3/d
Temperatura: T=23°C (líquido no mês mais frio);
DBOafluente: S0 =350mg/L
Admitir uma concentração 80mg/L de SS efluente.
L0 = 1050kg/d (exercício da lagoa anaeróbia)
Solução:
a) Carga de afluente à lagoa facultativa:
A carga efluente da lagoa anaeróbia é a carga
afluente à lagoa facultativa. Com a eficiência de
remoção de 60% na lagoa anaeróbia, a carga
afluente à lagoa facultativa será:
a) Carga de afluente à lagoa facultativa:
L
L
100  E xL
0
100
100  60x1050
100
L = 420 KgDBO/d
Exemplo de Dimensionamento
b) Adoção da taxa de aplicação superficial de
220 kgDBO/ha.d
c) Cálculo da área requerida
L
A
L
s
420 kg/d
A
 1,9 ha  19.000m
220kg / ha.d
2
Exemplo de Dimensionamento
d) Adoção de um valor para a profundidade :
H = 1,80 m (adotado)
e) Calcular o volume resultante
V= A x H
V= 19.000 x 1,80 = 34.200 m3
f) E em decorrência o tempo de detenção t:
t= V/Q
T = 34.200/3000 = 11,4 d
g) Adoção de um valor para o coeficiente de
remoção de DBO (k)
Regime de mistura completa, 20°C
K = 0,27 d-1 (adotado)
θ = 1,05
Correção para a temperatura de 23°C
KT = k20 x θ(T-20)
K23 = 0,27 x 1,05(23-20)
K23 = 0,31d-1
h) Estimativa da DBO solúvel efluente
Utilizando-se o modelo de mistura completa
(admitindo-se uma célula não predominantemente
longitudinal).
S
S
1  K.t
0
350
S
1  0,32.11,4
S = 75,30 mg/L
i) Estimativa da DBO particulada efluente
DBOparticulada= 0,3 a 0,4mgDBO/L
1mgSS/L
DBOparticulada= 0,35mgDBO/L x 80mgSS/L
1mgSS/L
DBOparticulada = 28mgDBO/L
j) Estimativa da concentração efluente de DBO
DBO total efluente = DBOsolúvel + DBOparticulada
DBO total efluente = 75,30 + 28
DBO total efluente = 103,3mg/L
l) Eficiência de remoção de DBO
S -S
E
x100
S
0
350 - 103,3
E
x100
350
0
E = 70,5%
Exemplo de Dimensionamento
m) Dimensões das lagoas
Adotar
uma
lagoas
e
uma
relação
comprimento/largura(L/B) igual a 2,5 em cada
lagoa.
A área da lagoa facultativa = 19.000m2
A = L x B = (2,5B)B = 2,5B2
19.000 = 2,5B2 = 87 m
Resposta:
L = 2,5xB = 2,5x89 = 218m
Comprimento L = 218m
Largura B = 87m
Exemplo de Dimensionamento
m) Dimensões das lagoas
Adotar duas lagoas em paralelo e uma relação
comprimento/largura(L/B) igual a 2,5 em cada
lagoa.
A área de cada lagoa facultativa = 19.000m2/2 = 9.500 m2
A = L x B = (2,5B)B = 2,5B2
9.500 = 2,5B2 = 62 m
L = 2,5xB = 2,5x62 = 155m
Resposta duas lagoas de:
Comprimento L = 155m
Largura B = 62m
Exemplo de Dimensionamento
Exercício 1: Dimensionar uma lagoa facultativa para uma
população contribuinte de 20.000 hab, com uma contribuição
unitária de 176 L/hab.d e DBO de 200 mg/L. A temperatura média
no mês mais frio é de 20°C
Admitir uma concentração 80mg/L de SS efluente. Verifique
também a eficiência da lagoa.