Projeto Dimensionamento de lagoas de Estabilização

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Projeto: 
DIMENSIONAMENTO DE LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO PARA TRATAMENTO DE 
EFLUENTES 
Disciplina Ciências Ambientais – Eng. Química – Prof. Cristina Paschoalato 
Objetivo Dimensionar uma lagoa facultativa e um sistema australiano (lagoa anaeróbia + lagoa 
facultativa), com base nos seguintes dados e comparar os resultados obtidos. 
Cod aluno: __ __ __ ABC ex: 795. 852 
Dados do efluente: 
Nº de habitantes: C0. 000 habitantes ex: 20 000 habitantes 
Cota per capita CPC = 1B0 L/hab.d ex: 150 L/hab.d 
Coeficiente de retorno: 8A % ex: 82% 
DBO afluente (ou S0 entrada efluente bruto) = DBOaf = 35C mg/L ex: S0 = DBO = 350 mg/L 
Concentração de sólidos suspensos Totais (SST) = A0 mg/L ex: SST = 80 mg/L 
Temperatura do efluente no mês mais frio do ano T=23°C 
 
I - Memorial de cálculo para LAGOA FACULTATIVA 
a) Cálculo da vazão média Total (Qt) 
Qt = CPC * nº habitantes 
QT = 150 * 20.000 = 3000 m
3
/d 
b) Cálculo da carga (L) 
Carga (L) = Qt * Conc. DBO ou So 
Carga (L) = 3000 * 350 L = 1050 kg/d 
c) Adoção da taxa de aplicação superficial (Ls) 
Segundo Marcos Von Sperling, 1986. 
Regiões com inverno quente e elevada insolação: Ls = 240 a 350 kg DBO/ha.d 
Regiões com inverno e insolação moderada: Ls = 120 a 240 kg DBO/ha.d 
Regiões com inverno frio e baixaa insolação: Ls = 100 a 180 kg DBO/ha.d 
Adotar: 220 kg DBO/ha.d 
 
d) Cálculo da área para líquido requerida (A) 
A = L/Ls 
A = 1050/220 = 4,87 ha (1 ha = 10000 m
2
) Logo: A = 48000 m
2
 
2 
 
 
e) Adotar um valor para profundidade (H) entre 1,5 a 2,0m 
H = 1,8 m 
f) Cálculo do volume líquido resultante (V) 
V = A*H 
V = 48000 * 1,8 V = 86400 m
3 
 
g) Cálculo do tempo de detenção hidráulico (Tdh) 
A literatura recomenda de 15 a 45 dias Tdh = V/Qt 
Tdh = 86400/3000 Tdh = 28,8 dias ok - aceitável 
 
h) Adotar valor para coeficiente de remoção de DBO (k) Cinética 
Lagoa Primária (recebendo efluente bruto) K 20ºC 0,30 a 0,40 d
-1 
Lagoa secundária (recebendo efluente de lagoa ou reator) K 20ºC 0,25 a 0,32 d
-1
 
K 20°C = 0,35 d
-1 
KT Real com correção da temperatura – Ø = 1,05 (Arrenihus Termodinâmica) 
K T = K 20°C * Ø
(T-20) 
KT = 0,41 d
-1
 
 
J) Estimativa da DBO solúvel 
Regime hidráulico: mistura completa 
Sf = S0 / (1+KT. Tdh) Sf = 350/ 1+ 0,41*28,8) 
S0 DBO afluente 
Sf DBO final Sf = 27 mg/L (DBO solúvel efluente ou saída da lagoa) 
 
H) Estimativa de DBO Particulada 
 Utilizar a Conentração de sólidos Suspensos> SS = 80 mg/L 
 Literatura 1mg/L de SS = 0,35 mg/L DBO particulada 
Logo: 0,35 * 80 = 28 mg/L DBO particulada 
 
i) DBO total efluente (na saída da lagoa) Sf 
DBO total = DBO solúvel + DBO particulada 
3 
 
DBO total = 27+28 = 55 mg/L 
j) Calculo da eficiência na remoção da DBO (E %) 
E = (S0- Sf) *100 / S0 
E = (350-55)*100/350 E = 84% 
 
k) Dimensões da Lagoa 
Adotar duas lagoas ou mais em paralelo, nesta caso segue exemplo para duas unidades, adotar uma 
relação comprimento largura (L/B) de 2,5 em cada lagoa. 
Área de 1 lagoa = 48000/2 = 24 000 m
2 
A = L * B = (2,5 . B) . B = 2,5 B
2
 
Largura B = 98 m e comprimento L = 245 m 
l) Área total requerida para todo sistema 
A Área total requerida para as lagoas, incluindo os taludes, urbanização, vias internas, laboratório, 
estacionamento e outras áreas de influência, é cerca de 25% a 35% maior que a área líquida 
calculada a meia altura, Assim se adotarmos 30% 
Atotal = 1,3 * A liq A Total = 1,3 * 48000 = 62400 m
2
 ou 6,2 ha (hectares) 
Área per capita = 62400 / 20000 habitantes = 3,1 m
2
/hab 
 
m) Acumulação de lodo 
Acumulo anual de 0,05 m
3
/ habitante (literatura) 
Acumulo anual = 0,05 * 20000 = 1000 m
3
/ano 
 
Espessura em 1 ano 
Espessura = acumulo * 1 ano / área de liquido 
Espessura = 1000 * 1 / 48000 Espessura = 2,1 cm / ano 
Espessura em 20 anos de operação: 2,1 * 20 anos + 42 cm em 20 anos 
Após 20 anos de operação, o lodo ocupa apenas 23% (0,42/1,8) da profundidade útil das lagoas. 
 245 m 
Lay out do sistema 
 
 
 
 
Lagoa 1 
Lagoa 2 
98 m 
4 
 
 
 
II- Memorial de cálculo 
Sistema Australiano: LAGOA ANAERÓBIA SEGUIDA DE LAGOA FACULTATIVA 
Considere os mesmos dados do efluente Bruto na alimentação da lagoa anaeróbia 
a) Cálculo da carga na alimentação (entrada da lagoa anaeróbia) 
Carga (L) = 350 mg/L * 3000 m
3
/d 
L = 1050 kg DBO/d 
 
b) Adoção da carga volumetrica (Lv) 
T = temperatura média do ar no mês mais frio do ano 
 (literatura) 
Lv = 0,15 kg DBO/m
3
.d 
 
c) Cálculo do volume requerido 
V = Carga / taxa aplicação volumétrica 
V = L/ Lv V = 1050/0,15 
V = 7000 m
3
 
d) Verificação do tempo de detenção hidráulico (Tdh) 
Recomenda-se 3dias < Tdh < 6 dias 
Tdh = V/Q 7000/3000 
Tdh= 2,3 d ok condição aceita 
 
e) Determinação da área requerida e dimensões 
Profundidade H =4,5m (adotar) 
Área = Volume/profundidade Área = 7000/4,5 
A = 1556 m
2
 dividindo para duas lagoas: 778 m
2
 para cada lagoa 
Possíveis dimensões: quadrada L = 27,9 m aproximadamente 28m de lado 
 
f) Concentração de DBO efluente da lagoa aneróbia (saída da anaeróbia) 
Adotar Eficiência de remoção de 60% 
E = (DBOe – DBOs ) * 100 / DBO e 
5 
 
DBO s = 140 mg/L 
O Efluente da lagoa anaeróbia será agora o afluente de uma nova lagoa facultativa 
DBO entrada da facultativa = 140 mg/L 
g) Acumulo de lodo na lagoa anaeróbia 
Adotar taxa de acumulo de 0,04 m
3
/hab. ano 
0,04 * 20000 hab = 800 m
3
/ano 
Espessura da camada de lodo em 1 ano 
Espessura = acumulação anual * tempo / área da lagfoa 
Espessura = 800 * 1 ano/1556 
Espessura = 0,51 m/ano 
 
Tempo de limpeza será previsto quando a altura de lodo 1/3 da altura útil das lagoas 
Tempo para limpeza = (H/3)/ Espessura 
T = 4,5/3 /0,51 – 2,9 anos remoção de lodo aproximadamente a cada 3 anos. 
 
Dimensionamento da LAGOA FACULTATIVA a ser instalada após lagoa anaeróbia 
n) Cálculo da carga (L) 
Carga (L) = Qt * Conc. DBO ou So 
Carga (L) = 3000 * 140 L = 420 kg/d 
o) Adoção da taxa de aplicação superficial (Ls) 
Segundo Marcos Von Sperling, 1986. 
Regiões com inverno quente e elevada insolação: Ls = 240 a 350 kg DBO/ha.d 
Regiões com inverno e insolação moderada: Ls = 120 a 240 kg DBO/ha.d 
Regiões com inverno frio e baixaa insolação: Ls = 100 a 180 kg DBO/ha.d 
Adotar: 220 kg DBO/ha.d 
 
p) Cálculo da área requerida (A) 
A = L/Ls 
A = 420/220 = 1,9 ha (1ha = 10000 m
2
) Logo: A = 19000 m
2
 
Adotar 2 lagoas: 9500 m
2
 para cada lagoa 
q) Adotar um valor para profundidade (H) entre 1,5 a 2,0m 
H = 1,8 m 
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r) Cálculo do volume líquido resultante (V) 
V = A*H 
V = 19000 * 1,8 V = 34200 m
3 
s) Cálculo do tempo de detenção hidráulico (Tdh) 
A literatura recomenda de 10 a 45 dias Tdh = V/Qt 
Tdh = 34200/3000 Tdh = 11,4 dias ok - aceitável 
 
t) Dimensões da Lagoa 
Adotar duas lagoas ou mais em paralelo, nesta caso segue exemplo para duas unidades, adotar uma 
relação comprimento largura (L/B) de 2,5 em cada lagoa. 
Área de 1 lagoa = 19000/2 = 9500 m
2 
A = L * B = (2,5 . B) . B = 2,5 B
2
 
Largura B = 62 m e comprimento L = 155 m 
 
u) Adotar valor para coeficiente de remoção de DBO (k) CinéticaLagoa Primária (recebendo efluente bruto) K 20ºC 0,30 a 0,40 d
-1 
Lagoa secundária (recebendo efluente de lagoa ou reator) K 20ºC 0,25 a 0,32 d
-1
 
K 20°C = 0,27 d
-1 
KT Real com correção da temperatura – Ø = 1,05 (Arrenihus Termodinâmica) 
K T = K 20°C * Ø
(T-20) 
KT = 0,31 d
-1
 
 
J) Estimativa da DBO solúvel 
Regime hidráulico: mistura completa 
Sf = S0 / (1+KT. Tdh) Sf = 140/ 1+ 0,31*11,4) 
S0 DBO afluente 
Sf DBO final Sf = 31mg/L (DBO solúvel efluente ou saída da lagoa) 
 
H) Estimativa de DBO Particulada 
 Utilizar a Conentração de sólidos Suspensos> SS = 80 mg/L 
 Literatura 1mg/L de SS = 0,35 mg/L DBO particulada 
Logo: 0,35 * 80 = 28 mg/L DBO particulada 
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v) DBO total efluente (na saída da lagoa) Sf 
DBO total = DBO solúvel + DBO particulada 
DBO total = 31+28 = 59 mg/L 
w) Calculo da eficiência na remoção da DBO (E %) 
E = (S0- Sf) *100 / S0 
E = (350-59)*100/350 E = 83% 
x) Área total requerida para todo sistema 
A Área total requerida para as lagoas, incluindo os taludes, urbanização, vias internas, laboratório, 
estacionamento e outras áreas de influência, é cerca de 25% a 35% maior que a área líquida 
calculada a meia altura, Assim se adotarmos 30% 
Area liquida total = A Anaerobia + A facultativa 
Artea liquida total = 0,16ha + 1,9 há = 2,1 há 
 
Atotal = 1,3 * A liq A Total = 1,3 * 2,1 = 2,7 (hectares) ou 27000 m
2
 
Área per capita = 27000/ 20000 habitantes = 1,4 m
2
/hab 
 
y) Acumulação de lodo 
Acumulo anual de 0,05 m
3
/ habitante (literatura) 
Acumulo anual = 0,05 * 20000 = 1000 m
3
/ano 
 
Espessura em 1 ano 
Espessura = acumulo * 1 ano / área de liquido 
Espessura = 1000 * 1 / 27000 Espessura = 0,037 cm / ano 
Espessura em 20 anos de operação: 0,037 * 20 anos 3,7 cm em 20 anos 
Após 20 anos de operação, o lodo ocupa apenas 2% (0,037/1,8) da profundidade útil das lagoas. 
Arranjo 
 
 Lagoa 1 
Lagoa 2 
1 
2