Dimensionamento de ETE - Lagoas de estabilização

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DIMENSIONAMENTO DE ETE POR LAGOA DE 
ESTABILIZAÇÃO 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
1. Objetivo 
Elaboração do projeto básico de uma Estação de Tratamento de Esgoto de um 
município localizado no interior do Estado da Paraíba. O sistema de tratamento 
adotado será por lagoas de estabilização, do tipo “sistema australiano” que são 
Sistemas de Lagoas Anaeróbias seguidas por Lagoas Facultativas. 
O Estado supracitado localiza-se no nordeste brasileiro, local este que possui clima 
quente mesmo no inverno, onde as médias anuais apresentam temperaturas entre 25 
a 30ºC (MANSO et al., 2006). 
Figura 1 - Estado de Pernambuco. 
 
Fonte: Google Maps (2019). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
2. Introdução 
No tratamento de esgoto as lagoas de estabilização constitui uma fase que são 
caracterizada por grandes tanques escavados no solo, nos quais os esgotos passam 
continuamente e são tratados por processos naturais. As bactérias e algas são os 
seres vivos presente nas lagoas, dessa forma, tratando os esgotos por meio da 
decomposição da matéria orgânica pelas bactérias (Pacheco & Wolff, 2016), 
Sperling (2002) diz que as lagoas anaeróbias constituem uma parte alternativa no 
tratamento, que exige condições estritamente anaeróbias, que é alcançado por meio 
do lançamento de alta concentração de DBO, dessa forma a taxa de consumo de 
oxigênio é maior que o consumo, porém tal remoção de DBO não suficiente, 
permanecendo na faixa de 50 a 70 % fazendo-se necessária uma unidade de 
tratamento posterior, sendo esta normalmente as lagoas facultativas. 
O sistema de Lagoa Anaeróbia seguido de Lagoas Facultativas também é conhecido 
como “Sistemas Australiano”, este consiste na sequência de duas lagoas que 
apresentam sistemas biológicos de tratamento distintos. Segundo Santos (2007) a 
primeira lagoa é de possui menor dimensão e predomina o sistema anaeróbio 
fazendo assim um tratamento parcial do efluente que diminui o tratamento da segunda 
lagoa que é uma lagoa facultativa. Ainda segundo o autor este sistema pode reduzir 
para cerca de 1/3 a área requerida pelo sistema tradicional de lagoas facultativas, 
sendo que a etapa anaeróbia pode provocar a liberação de gás sulfídrico, responsável 
pelos maus odores. 
Este trabalho tem por finalidade o dimensionamento do Sistema Australiano (Lagoa 
Anaeróbia seguido de Lagoas Facultativas) que constitui em uma ETE, um modo 
simples e eficiente de se fazer este tratamento deste efluente, o que é mais positivo 
ainda pelo clima do nordeste, região que será o foco deste projeto. 
 
 
 
 
3. Descrição da área 
Município de 50.000 habitantes localizado no interior do estado da Paraíba, mais 
especificamente a cidade de Sapé, de aproximadamente 40 km de distância da 
capital, João Pessoa. O Município em questão pode ser visualizado conforme Figura 
2. 
 
Figura 2 - Município de Sapé, Pernambuco. Fonte: Google Maps (2019). 
 
4. Concepção do sistema 
O sistema em questão é uma lagoa anaeróbia seguida lagoa facultativa que será 
dimensionado no presente trabalho, é justificado pelo fato de que o Município localiza-
se em um Estado de clima quente e seco, onde as médias anuais de temperatura são 
acima dos 20ºC. Dessa forma, é considerado favorável este sistema para locais de 
climas tropicais pois seus processos físicos, bioquímicos e biológicos ocorrem de 
forma natural, além de possuir boa viabilidade econômica. 
 
 
 
5. Base de dados 
Dados gerais: 
❏ O sistema de tratamento: lagoas de estabilização, do tipo sistema australiano 
(Sistemas de Lagoas Anaeróbias seguidas por Lagoas Facultativas); 
❏ Localização: no interior do estado da Paraíba; 
❏ 50.000 habitantes. 
Dados específicos: 
❏ Consumo médio de água per capito: 150 litro/pessoa.dia. 
❏ Coeficiente de máxima vazão diária (K1): 1,2 
❏ Coeficiente de máxima vazão horária (K2): 1,5 
❏ Coeficiente de mínima variação horária (K3): 0,5 
❏ Coeficiente de retorno - R =0,8 
❏ Taxas de contribuição de infiltração: 0,05 L/s.km 
❏ Extensão da rede coletora de esgoto: 110 km 
❏ Taxa de aplicação Volumétrica, Lv = 0,1 Kg DBO/ m³d 
❏ Temperatura média 21 ºC 
❏ Profundidade: 5m 
 
6. Dimensionamento de cada unidade do sistema 
de tratamento 
6.1) Tratamento preliminar 
Grade: a primeira etapa do tratamento que tem a finalidade é a remoção de sólidos 
grosseiro, evitando dano às unidades subsequentes, sendo que foram adotados os 
seguintes parâmetros conforme a NBR 12209:2011 para a instalação de duas grades, 
com espaçamento entre as barras pode ser entre 10 a 40mm; Inclinação deve ser 
entre 40 e 60º visando a velocidade da máxima de 1,2 m/s; a Limpeza tendo em vista 
que a vazão é de 86,8 L/s deverá manual, realizada por operadores com rastelos e; 
a perda de carga deve ser de 0,15 m, por ser de limpeza manual. 
De acordo com o website aQuamec Brasil, há a grade cremalheira mecanizada, grade 
de barras com limpeza manual, grade de barras com limpeza nos 4 cabos, grade 
mecanizada com fuso castanha, grade mecanizada multi rake e, grade mecanizada 
com curva de rastelo rotativo. 
Peneiramento: equipamento para remoção de sólidos grosseiros com abertura de 
0,25 a 10 mm, tendo objetivo de reter o material remanescente da grade. 
Segundo o website aQuamec Brasil, há a peneira autoportante de parafuso SS, 
Peneira de Tambor Filtrante RS, Peneira Fina de Esteira Contínua, Peneira Fina 
Escalar Aquastep e, Peneira Fina Estática de Painéis Aquastatic. 
Desarenador : visa ao menos a remoção de areia 95%, de 0,2 mm ou superior. 
Tendo em vista a vazão de 86,8 L/s s este terá também limpeza manual sendo 
dessa forma de fluxo horizontal e seção retangular. 
Conforme o website aQuamec Brasil, há a caixa de areia tipo CS, o tipo vórtice, o 
tipo ponte AirLift, tipo ponte bomba e, classificador SW. 
Medidor de vazão: mede continuamente a vazão, normalmente é instalada a calha 
Parshall, geralmente utilizada em canais abertos, serve desse modo como meio de 
controle da vazão. 
6.2) Tratamento secundário 
Sistemas de Lagoas Anaeróbias seguidas por Lagoas Facultativas (Sistema 
Australiano) 
 
6.2.1) Dimensionamento da Lagoa Anaeróbia 
Todos os cálculos e considerações para o dimensionamento da Lagoa Anaeróbia, foi 
utilizado como base, Von Sperling (2002). 
Primeiramente, foi realizado cálculo da carga de efluente doméstico, já que é para 
desconsiderar o industrial, como foi colocado para o dimensionamento deste sistema 
de tratamento de esgoto. Segue a fórmula abaixo do cálculo da carga: 
𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎 = 𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎çã𝑜 ∗ 𝑉𝑎𝑧ã𝑜 
𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎 = (350 𝑚𝑔/𝑙 ∗ 7.500 𝑚³/𝑑)/(1000 ∗ 1000) 
𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎 = 2.625,0 𝑘𝑔/𝑑 
Para o resultado estar em kg/d, foi dividido por 1000*1000, obtendo então, o valor 
final de 2.625 kg/d. 
Após o cálculo da carga, é calculado o volume, considerando a carga como “L” e 
considera-se a taxa de aplicação Volumétrica, Lv = 0,1 Kg DBO/ m³d um valor 
conservador, que auxilia no maior tempo de detenção. 
𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 = 𝐿/𝐿𝑣 
𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 = 2.625 /0,1 
𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 = 26.250,0 𝑚³ 
O cálculo do volume fez-se necessário para posteriormente, calcular o tempo de 
detenção. 
𝑇𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑑𝑒 𝑑𝑒𝑡𝑒𝑛çã𝑜 = 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒/𝑣𝑎𝑧ã𝑜 
𝑇𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑑𝑒 𝑑𝑒𝑡𝑒𝑛çã𝑜 = 26.250,0 𝑚³/7.500 𝑚³/𝑑𝑖𝑎 
𝑇𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑑𝑒 𝑑𝑒𝑡𝑒𝑛çã𝑜 = 3,5 𝑑𝑖𝑎𝑠 
Após determinar o tempo de detenção, é calculada a área, que de acordo com a 
Norma Técnica Sabesp – NTS 230 (2009), considera-se uma profundidade de 4 a 6 
metros, para uma lagoa anaeróbia. Dessa forma, foi considerado o valor médio, isto 
é, uma profundidade de 5 m. 
Á𝒓𝒆𝒂 = 𝒗𝒐𝒍𝒖𝒎𝒆/𝒑𝒓𝒐𝒇𝒖𝒏𝒅𝒊𝒅𝒂𝒅𝒆 
Á𝑟𝑒𝑎 = 26.250,0/5 
Á𝑟𝑒𝑎 = 5.250,0 𝑚² 
Como serão duas lagoas, pelo fato de que se uma das lagoas estiver danificada, não 
paralise todo o funcionamento da ETE. Assim, cada lagoa possuirá 2.625,0 m². 
Abaixo, está apresentado o cálculo da largurada lagoa: 
Á𝑟𝑒𝑎 = 𝐿 ∗ 𝐶 
Á𝑟𝑒𝑎 = 𝐿 ∗ 4𝐿 
Á𝑟𝑒𝑎 = 4𝐿² 
(5.625/4)
1/2
 = 𝐿 
𝐿 = 37,5 𝑚 
Conclui-se então, que a largura será de 37,5 metros e o comprimento de 150 metros. 
Com o passar do tempo, será gerado lodo com a atividade do sistema, que se 
acumulará. A fim de identificar esse acúmulo em um ano, faz-se o seguinte cálculo, 
considerando 0,05 m³/hab (VON SPERLING, 2002): 
𝐴𝑐𝑢𝑚𝑢𝑙𝑎çã𝑜 𝑎𝑛𝑢𝑎𝑙 = 0,05 𝑚³/ℎ𝑎𝑏 ∗ 50.000 ℎ𝑎𝑏 
𝐴𝑐𝑢𝑚𝑢𝑙𝑎çã𝑜 𝑎𝑛𝑢𝑎𝑙 = 2.500,0 𝑚³ 
Em continuação aos cálculos, é determinado a espessura em 1 e 20 anos, 
respectivamente. 
𝐸𝑠𝑝𝑒𝑠𝑠𝑢𝑟𝑎¹ = 𝐴𝑐𝑢𝑚𝑢𝑙𝑎çã𝑜 𝑎𝑛𝑢𝑎𝑙 ∗ 𝑎𝑛𝑜 (𝑠)/𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 
𝐸𝑠𝑝𝑒𝑠𝑠𝑢𝑟𝑎¹ = 2.500 𝑚³/𝑎𝑛𝑜 ∗ 1 𝑎𝑛𝑜/ 5.250 𝑚² 
𝐸𝑠𝑝𝑒𝑠𝑠𝑢𝑟𝑎¹ = 0,4762 𝑚/𝑎𝑛𝑜 𝑜𝑢 47,62 𝑐𝑚/𝑎𝑛𝑜 
 
𝐸𝑠𝑝𝑒𝑠𝑠𝑢𝑟𝑎 = 2.500 ∗ 20/5.250 
𝐸𝑠𝑝𝑒𝑠𝑠𝑢𝑟𝑎 = 9,5238 𝑚 𝑜𝑢 952,38 𝑐𝑚 
Conclui-se que após 20 anos de funcionamento, o lodo ocupará cerca de 190% 
(9,5238m/5m*100) da profundidade útil das lagoas, sendo necessária a limpeza 
periódica para que o lodo não atrapalhe a eficiência do sistema. 
6.2.2) Dimensionamento da Lagoa Facultativa 
Com intuito de dimensionar a lagoa facultativa, unidade após a lagoa anaeróbia, 
calcula-se primeiramente, a carga afluente de DBO para posterior cálculo da área. 
𝐿 = [(100 − 𝐸) ∗ 𝐿0]/100 
𝐿 = [(100 − 50) ∗ 2.625,0]/100 = 1.312,50 
 
Á𝑟𝑒𝑎 = 𝐿/𝐿𝑠 
Á𝑟𝑒𝑎 = 1.312,50/160 
Á𝑟𝑒𝑎 = 8,20 ℎ𝑎 𝑜𝑢 82.000 𝑚² 
A área da lagoa é considerada em conformidade pelo fato de que sua limitação é de 
15 ha. Como o valor de 8,2 ha é menor, esta está dentro dos limites indicados 
(GEHLING, 2017).Como será adotada duas lagoas, cada lagoa terá área de 4,1 ha 
ou 41.000 m². 
Segundo Gehling (2017), a profundidade da lagoa facultativa, é entre 1,5 e 3 m. Foi 
estabelecido o valor médio, sendo 2,25 m. Então, têm-se um volume de: 
𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 = Á𝑟𝑒𝑎 ∗ 𝑝𝑟𝑜𝑓𝑢𝑛𝑑𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 
𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 = 82.000 𝑚² ∗ 2,25 𝑚 
𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 = 184.500,0 𝑚³ 
𝑇𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑑𝑒 𝑑𝑒𝑡𝑒𝑛çã𝑜 = 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒/𝑣𝑎𝑧ã𝑜 
𝑇𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑑𝑒 𝑑𝑒𝑡𝑒𝑛çã𝑜 = 184.500/7.500 = 24,6 𝑑𝑖𝑎𝑠 
Como o tempo de detenção para lagoa facultativa é entre 15 a 45 dias 
(GEHLING, 2017), este valor, de aproximadamente 25 dias, apresenta-se dentro dos 
limites. 
A geometria da lagoa facultativa é uma relação L/B (GEHLING, 2017), então, 
um possível dimensionamento é 
Á𝒓𝒆𝒂 = 𝒗𝒐𝒍𝒖𝒎𝒆/𝒑𝒓𝒐𝒇𝒖𝒏𝒅𝒊𝒅𝒂𝒅𝒆 
Á𝑟𝑒𝑎 = 82.000,0/2,25 
Á𝑟𝑒𝑎 = 36.444,444 𝑚² 
 Abaixo, está apresentado o cálculo da largura e comprimento da 
lagoa: 
Á𝑟𝑒𝑎 = 𝐿 ∗ 𝐶 
Á𝑟𝑒𝑎 = 𝐿 ∗ 𝐿 
Á𝑟𝑒𝑎 = 𝐿² 
(36.444,444)
1/2
 = 𝐿 
𝐿 = 190,90 𝑚 𝑒 𝐶 = 190,90 𝑚 
No presente projeto foi seguido o modelo proposto por Von Sperling (2002) conforme 
apresentado na Figura 3, porém foram dimensionadas duas lagoas a anaeróbias 
retangulares e duas lagoas facultativa quadradas, visando o melhor desempenho da 
estação de tratamento de esgoto. 
Figura 3. Representação do sistema adotados. 
 
Fonte: As autoras (2019) 
6.3) Tratamento terciário: utilizado na remoção de compostos específicos não 
biodegradáveis, compostos tóxicos ou para complementar a remoção de poluentes 
não biodegradáveis da etapa secundária. São utilizados, geralmente, processos 
físico-químicos, mas como são lagoas todo este processo é feito na própria lagoa. 
Para realizar a desinfecção, o qual o Órgão Ambiental solicita, pode-se adotar as 
lagoas de maturação, onde no estudo apresentado por Vivian et al. (2010), foram 
utilizadas duas lagoas de maturação, que viria após o tratamento nas lagoas 
pofacultativas. Os autores descrevem a eficiência do sistema em reduzir a quantidade 
de DQO, em todo o sistema de sistema de estabilização. 
7. Indicação de material de construção das 
unidades do sistema 
Após a execução da cava, é inserida membrana e após isso é feita concretagem. 
Segue-se essa ordem pelo fato de que com a membrana inserida primeiro, após a 
mesma não permite que o concreto permeie o solo. 
8. Manual de operação e manutenção 
Referente à operação da equipe, Yanez (1993) apud Von sperling (2002) descreve 
que deve ter 1/2 engenheiro superintendente e ½ secretária para lagoa facultativa, 
quando a população é entre 20.000 a 50.000 habitantes; 1 auxiliar e 1 motorista para 
a lagoa na administração. Na operação e manutenção, ½ engenheiro chefe, ¼ 
químico, ½ laboratorista, e de 2 a 5 colaboradores braçais. 
Como foi visto no dimensionamento que há alto acúmulo de lodo ao longo dos anos, 
deve-se ter atenção maior a esta questão já apresentada anteriormente. A remoção 
de lodo com manutenção da lagoa em funcionamento, quanto pela desativação da 
lagoa. Se for desativada a lagoa, a remoção do lodo pode ser através de tais métodos: 
● Remoção natural; 
● Remoção mecânica e; 
● Raspagem mecanizada e bombeamento do lodo; 
Considerando que a lagoa permaneça em funcionamento, a remoção de lodo pode 
ser através da: 
● Remoção por tubulação de descarga hidráulica do lodo; 
● Remoção através do caminhão limpa-fossa; 
● Dragagem; 
● Bombeamento através da balsa e; 
● Sistema robotizado. 
Como sugestão, para não paralisar o funcionamento das lagoas e como terá de ser 
periódica a remoção do lodo, a remoção do mesmo pode ser através do caminhão 
limpa-fossa, que seria uma indicação propícia, apesar de que conta com a 
desvantagem de que teria de ser desidratado o lodo após ser removido. As mesmas 
características conferem ao bombeamento através da balsa. A dragagem e o sistema 
robotizado, apesar de não ser tão frequente a remoção do lodo, esses possuem a 
desvantagem de ter custo mais elevado e problemas em controlar a operação. Já a 
tubulação, possui, além do problema de controlar a operação, pode ocorrer o 
entupimento do dispositivo de descarga (VON SPERLING, 2002). 
De maneira geral, Kellner et al. (2009) estudaram ETEs e seus custos de operação e 
manutenção. Como cada ETE possui portes diferentes e gestão diferente, que implica 
diretamente nas preferências de custos da Estação de Tratamento, têm-se 
estimativas de custo operacional e de manutenção. 
 
 
 
 
 
 
 
9. Referências Bibliográficas 
GEHLING, Gino. LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO. 2017. 
KELLNER, Erich; CALIJURI, Maria do Carmo; PIRES, Eduardo Cleto. Aplicação de 
indicadores de sustentabilidade para lagoas de estabilização. Eng Sanit Ambient, 
v. 14, n. 4, p. 455-464, 2009. 
MANSO, Valdir do Amaral Vaz et al. Erosão e Progradação do litoral brasileiro: 
Pernambuco. Laboratório de Geologia e Geofísica Marinha–LGGM, p. 179-196, 
2006. 
PACHECO, João Antonio Segabinazzi; WOLFF, Delmira Beatriz. Tratamento dos 
efluentes de um frigorífico por sistema australiano de lagoas de estabilização. 
Disciplinarum Scientia| Naturais e Tecnológicas, v. 5, n. 1, p. 67-85, 2016. 
SANTOS, Paulo Roberto dos. Lagoas de estabilização: Solução para o tratamento 
de esgotos domiciliares. 2007. 
VIVAN, Marcelo et al. Eficiência da interação biodigestor e lagoas de estabilização na 
remoção de poluentes em dejetos de suínos. Embrapa Suínos e Aves-Artigo em 
periódico indexado (ALICE), 2010. 
VON SPERLING, M. Princípios do tratamento biológico de águas residuárias. 
Volume 3: lagoas de estabilização. 2. ed. Belo Horizonte: UFMG, 2002.