lagoa facultativA

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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