LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO
Lagoa Anaeróbia
Profa. Dra. Gersina N. da Rocha Carmo Junior
LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO
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 ESTABILIZAÇÃO
Lagoas Anaeróbias
Tudo se processa como num digestor anaeróbio ou
numa fossa séptica.
Utilização: tratamento de esgotos domésticos e
despejos industriais predominantemente orgânicos,
com altos teores de DBO, como matadouros,
laticínios, bebidas, etc.
LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO
Lagoas Anaeróbias
Descrição do Processo
Conversão anaeróbia é um processo sequêncial:
Se desenvolve em duas etapas:
Liquefação e formação de ácidos (através das bactérias
acidogênicas); e
Formação
metanogênicas).
de
metano
(através
das
bactérias
Lagoas Anaeróbias
Primeira fase:
a) Microorganismos facultativos, bactérias acidogênicas
Ausência de oxigênio, transformam
compostos orgânicos complexos em
substâncias
mais
simples,
principalmente ácidos orgânicos.
Liquefação
Formação
ácidos
de
“fase digestão
ácida”
Produção de material celular;
Produtos mal cheirosos (gás sulfidrico, mercaptana);
pH baixa para 6, até 5.
LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO
Lagoas Anaeróbias
Segunda fase:
b) bactérias metanogênicas
Transformam os ácidos orgânicos “Fermentação
formados na fase inicial em metâno metânica ou
alcalina”
(CH4) e dióxido de carbono (CO2)
Formação de escuma de cor cinzenta e aspecto feio;
Maus odores desaparecem
pH sobe para 7,2 ou 7,5;
Temperatura deve manter-se acima de 15°C.
Lagoas Anaeróbias
Bactérias metanogênicas são bastante sensíveis às
condições ambientais
Redução da taxa de reprodução
Acúmulo
formados
etapa
de
na
ácidos
primeira
Conseqüências
Interrupção da remoção da DBO;
Geração de maus odores, os ácidos são extremamente
fétidos.
Equilíbrio entre as duas
Fundamental
comunidades de bactérias
Lagoas Anaeróbias
Condições 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 físicas
Sólidos suspensos
Microrganismos da degradação da
MO, são encontrados em toda
massa líquida
Sólidos sedimentáveis
LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO
Lagoas 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;
LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO
Lagoas Anaeróbias
Contin...
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.
Lagoa anaeróbia
Lagoas Anaeróbias
Camada flotante
Espessura e área de recobrimento da lagoa bastante
variáveis.
Conservação ou retirada da camada flotante
Mantida para diminuir o contato entre a massa líquida
e o oxigênio (redução da perda de calor, minimizar
emissões de odores);
Removida para evitar a proliferação de mosquitos e
atenuar os aspectos visuais indesejáveis.
Lagoas Anaeróbias
Conservação ou retirada da camada flotante
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 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 Anaeróbias
A remoção de DBO na lagoa anaeróbia proporciona
Economia de área para lagoa facultativa
Área total (lagoas anaeróbia + facultativas)
45 a 70% do requisito de uma
lagoa facultativa única
Redução de custos de aquisição de terreno e obras civis.
Lagoas Anaeróbias
Corpo
Receptor
Grade
Fase
Sólida
Cx de
areia
Medição
de vazão
Lagoa Anaeróbia
Lagoa Facultativa
Fase
Sólida
Sistema Australiano
Lagoas Anaeróbias
Fator negativo
Risco potencial de exalação de maus odores
Acúmulo de materiais flutuantes
Sistema equilibrado, não ocorrência de maus odores
Lagoas Anaeróbias
Fatores ambientais que interferem no processo
Temperatura
Ação dos ventos;
Insolação e precipitação pluviométrica
Ventos
Efeitos 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.
Ventos
Efeitos adversos:
Formação de curto-circuitos hidráulicos na lagoa;
Acúmulo de material flutuante em pontos localizados
da lagoa
Fatores ambientais que interferem no processo
Temperatura
Fator determinante da velocidade de crescimento e
atividade de degradação bioquímica.
Depende da combinação de vários 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 processo
Temperatura
Valores 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 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.
Fatores ambientais que interferem no processo
Balanço hídrico
Em oposição a evaporação
Problemas hidráulicos devido
indesejado do nível de água.
Interesse em
pluviométrico e
brasileiro
o
abaixamento
regiões com reduzido índice
elevadas temperaturas-Nordeste
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
Configuração de Lagoas Anaeróbias
Classificação das lagoas anaeróbias em dois
modelos hidráulicos básicos :
Lagoa anaeróbia convencional;
Lagoa anaeróbia de alta taxa.
a) Convencional
Grade
Cx de
areia
Fase
Sólida
Fase
Sólida
Medição
de vazão
Lagoa Anaeróbia
Banco de lodos
b)Alta Taxa
Grade
Cx de
areia
Fase
Sólida
Fase
Sólida
Banco de lodos
Lagoa anaeróbia – Padre Bernardo - GO
LAGOAS ANAERÓBIAS + LAGOAS FACULTATIVAS
Configurações de Lagoas Anaeróbias e Problemas Operacionais
Associados
Configurações de Lagoas Anaeróbias e Problemas Operacionais
Associados
LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO
Lagoas Anaeróbias
Critérios de dimensionamento
Uma 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).
LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO
Lagoas Anaeróbias
Tempo de detenção hidráulico (θh)
Deve ser suficiente para a sedimentação dos sólidos
e degradação anaeróbia da matéria orgânica solúvel
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 ESTABILIZAÇÃO
Lagoas Anaeróbias
Tempo de detenção hidráulico(θh), expresso em dias
(Faixas admissíveis)
Temperatura da
Tempo de
Remoção de
lagoa (°C)
detenção (θh)
provável de
(dias)
DBO5 (%)
10-15
4-5
30-40
15-20
3-4
40-50
20-25
2,5-3
50-60
25-30
2-5
60-70
LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO
Lagoas Anaeróbias
Tempo de detenção hidráulico
θh= V/ Q
Q = Vazão média afluente (m3/d)
θh = Tempo de detenção hidráulica (d)
V = Volume requerido para a lagoa (m3)
LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO
Lagoas Anaeróbias
Tempo de detenção hidráulico
Nas 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).
LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO
Lagoas Anaeróbias
Tempo de detenção hidráulico
Nas lagoa anaeróbias convencionais
Tempos superiores a 6 dias, a lagoa anaeróbia
poderia se comportar ocasionalmente como uma
lagoa facultativa.
Lagoas Anaeróbias
CRITÉRIOS DE DIMENSIONAMENTO
Taxa de aplicação volumétrica (Lv)
Principal
parâmetro de projeto
anaeróbias, é função da temperatura.
das
lagoa
Locais mais quentes permitem uma maior taxa
(menor volume).
Lagoas Anaeróbias
CRITÉRIOS DE DIMENSIONAMENTO
Taxa de aplicação volumétrica (Lv)
Taxas de aplicação volumétrica admissíveis para projeto de
lagoas anaeróbias em função da temperatura.
Temperatura média do
ar mais frio-T(°C)
Taxa de aplicação volumétrica
admissível-Lv (KgDBO/m3.d)
10 a 20
0,02T-0,10
20 a 25
0,01T-0,10
>25
0,35
CRITÉRIOS DE DIMENSIONAMENTO
Volume útil determinado em função de:
Taxa de aplicação volumétrica (Lv), expressa em
KgDBO5/m3.dia
Carga de DBO afluente (KgDBO/d)
Dimensionamento
V = L/Lv
L = carga de DBO afluente (KgDBO/d)
Lv = Taxa de aplicação Volumétrica (kg DBO/m3.d)
V = volume requerido para a lagoa
CRITÉRIOS DE DIMENSIONAMENTO
Taxa de aplicação de carga orgânica (TCO)
Admite-se que valores acima de 1.000 KgDBO5.Ha-1.dia-1
Condições anaeróbias em toda massa líquida
Valores de taxa de aplicação de carga orgânica e remoção de DBO5 em lagoas
anaeróbias
Temperatura média
mensal (°C)
Remoção de DBO5
(%)
<10
Taxa de aplicação
orgânica
(g.DBO5.m3.dia-1)
100
10-20
20.T-100
2.T+ 20
> 20
300
60
40
CRITÉRIOS DE DIMENSIONAMENTO
Profundidade
Projetar 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 DIMENSIONAMENTO
Geometria (relação comprimento/largura)
As lagoas anaeróbias variam entre quadradas
ou levemente retangulares, com relação:
Comprimento/largura (L/B) = na ordem de 1 a 3
Cálculo da concentração efluente (DBOefl) da
lagoa anaeróbia.
Uma vez estimada a eficiência de remoção (E), calculase a concentração efluente pelas fórmulas:
E = (S0 – DBOefl) x 100/S0
DBOefl = S0 (1 – E/100)
Onde:
L
100  E xL
0
100
S0=concentração
afluente (mg/L);
de
DBO
total
DBOefl=concentração de DBO total
efluente(mg/L);
E= eficiência de remoção(%).
Exemplo de Dimensionamento
Exemplo: Dimensionar uma lagoa anaeróbia para os seguintes
dados:
População: 20.000 hab.
Vazão afluente: 3.000 m3/d
DBOafluente :350mg/L
Temperatura: T=23°C e Lv = 0,15kgDBO5/d
Eficiência de remoção de DBO desejada de 60%
Solução:
Carga de DBOtotal
V = L/Lv
350mg/L = 350g/m3
Taxa de aplicação volumétrica
Carga de DBO:
L= Q x conc. = 3000m3/d x 0,350 Kg/m3 = 1050kg/d
Cálculo do volume requerido
V = L/Lv
V = 1050kgDBO/d
= 7000m3
0,15kgDBO/m3.d
Verificação do tempo de detenção hidráulico
θh= V/ Q
θh= 7000m3
θh = 2,3d
3000m3/d
Obs: lagoa com esse baixo tempo de detenção deve ter
sua entrada pelo fundo.
Exemplo de Dimensionamento
Profundidade adotada - 4,5m
Área média:
V=volume da lagoa e;
Am = V/h
h = profundidade.
Am = 7000 m3/4,5m = 1.556m2
Vamos adotar 2 lagoas
Área de cada lagoa = 1.556m2/2 = 778m2
Exemplo de Dimensionamento
Possíveis dimensões de cada lagoa:
Caso seja adotadas 2 lagoas em paralelo e uma
relação comprimento/largura(L/B) igual a 2,5 em
cada lagoa ter-se-á:
Área de cada lagoa = 1.556m2/2 = 778m2
A=B.L = (2,5.B).B = 2,5.B2
778m2
=
2,5.B2
B = 18 m
A=B.L
e 778 = 18.L
L = 43m
Possível dimensões de cada lagoa: 43 x 18
Exemplo de Dimensionamento
Eficiência de remoção de DBO desejada de 60%
DBOefl = S0 (1 – E/100)
DBOefl = 350 (1 – 60/100)
DBOefl = 140mg/L
O efluente da lagoa anaeróbia é o afluente da lagoa
facultativa.
Exemplo de Dimensionamento
Exemplo: apresenta-se o caso da contribuição de esgotos
domésticos de 3500m3/d e DBO 300mg/L. A temperatura média
do mês mais frio é 20°C. Deseja-se pré-dimensionar uma lagoa
anaeróbia, aceitando uma remoção de DBO de 50%.
Adotar taxa de aplicação de carga orgânica de 0,75kgDBO/m3.d