Lista de Exercícios sobre Lagoas de Estabilização I

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ESTUDO DIRIGIDO
LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO
1) Cite os principais impactos do lançamento de águas residuárias em corpos receptores.
Os principais impactos são: Elevação da temperatura, Sólidos dissolvidos totais, Matéria orgânica, Microrganismos patogênicos, Nutrientes, Mudanças de pH, Compostos tóxicos, Corantes, Substâncias tensoativas, Substâncias radioativas. 
2) O que são lagoas de estabilização? 
As lagoas de estabilização são sistemas aquáticos naturais, onde as águas residuárias são armazenadas por longos períodos para permitir que uma ampla gama de microrganismos e plantas aquáticas interajam e atuem nos processos de conversão e decaimento da matéria orgânica, nutrientes, organismos patogênicos e outros constituintes, transformações que ocorrem a partir de baixos níveis de investimento no sistema de tratamento (HOSETTI; FROST, 1995; GRAY, 2004; MAHMOOD et al., 2013). Vários são os benefícios das lagoas de estabilização, pois, além das suas boas eficiências de remoção de matéria orgânica (JORDÃO e PESSÔA, 2014), patógenos (AMAHMID et al., 2002), nutrientes (HURSE e CONNOR, 1999), também podem lidar com metais pesados (MOSHE et al., 1972) e com contaminantes orgânicos emergentes (GARCIA-RODRÍGUEZ et al., 2014), podendo ser sistemas úteis para o tratamento de esgotos domésticos e para efluentes industriais. Estes sistemas também podem ser utilizados para o tratamento de esgoto hospitalar, porém um tratamento terciário é necessário para garantir a remoção de alguns poluentes, como mercúrio, cadmio, cobalto, nitrogênio amoniacal, etc. (BEYENE e REDAIE, 2011). Outra vantagem destes sistemas é que seu efluente pode ser reutilizado na agricultura e aquicultura (MENYA et al., 2013).
3) Por que as lagoas de estabilização são indicadas para as condições brasileiras?
São indicadas para regiões de clima quente e países em desenvolvimento, devido aos seguintes aspectos: suficiente disponibilidade de área; clima favorável (temperatura e insolação elevadas); operação simples; necessidade de poucos ou nenhum equipamento.
4) Em lagoas de estabilização predomina o tratamento biológico pela ação de microrganismos para depuração da água residuária. Qual o papel desempenhado pelas bactérias e pelas algas numa lagoa de estabilização?
Têm-se que as algas são responsáveis pelo processo de fotossíntese, no qual é liberado oxigênio que é utilizado pelas bactérias para degradar a matéria orgânica. A perda de algas no efluente é uma preocupação constante, já que isto aumenta a concentração de sólidos e de DBO.
5) De acordo com a classificação nutricional diferencie os seres Fotoautótrofos, Fotoheterótrofos, Quimioautótrofos e Quimioheterótrofos.
Bactérias fotoautotróficas: elas são responsáveis por produzir as substâncias orgânicas que lhes servem de alimento, tendo como fonte de carbono o gás carbônico e como fonte de energia a luz.
Bactérias fotoheterotróficas: utilizam luz como fonte de energia, mas não conseguem converter o gás carbônico em moléculas orgânicas. Elas utilizam compostos orgânicos que absorvem do meio externo, como fonte de carbono para a produção dos componentes orgânicos de suas células.
Bactérias quimioautotróficas: utilizam oxidações de compostos inorgânicos como fonte de energia para a síntese de substâncias orgânicas a partir de gás carbônico (CO2).
Bactérias quimioheterotróficas: tanto a fonte de energia quanto a de átomos de carbono são moléculas orgânicas que a bactéria ingere como alimento. As bactérias heterotróficas são classificadas em saprofágicas e parasitas.
6) Caracterize:
a) Sistema australiano de lagoas de estabilização: Como o afluente ainda necessita de tratamento, pois nem toda a matéria orgânica foi removida no processo de digestão anaeróbia, o mesmo segue para uma segunda etapa, a lagoa facultativa, na qual será completado o processo. Esse sistema formado pela cooperação entre a lagoa anaeróbia seguida de lagoa facultativa recebe a denominação de sistema australiano, sendo utilizado quando existe uma grande demanda por tratamento de efluentes domésticos e/ou industriais, geralmente devido à grande carga de DBO presente.
b) Lagoa aerada facultativa: A lagoa aerada facultativa é utilizada quando se deseja ter um sistema predominantemente aeróbio, e de dimensões mais reduzidas que as lagoas facultativas ou o sistema de lagoas anaeróbias seguidas por lagoas facultativas. A principal diferença entre este tipo de sistema e uma lagoa facultativa convencional é que o oxigênio, ao invés de ser produzido por fotossíntese realizada pelas algas, é fornecido por aeradores mecânicos. Estes constituem-se de equipamentos providos de turbinas rotativas de eixo vertical que causam um grande turbilhonamento na água através de rotação em grande velocidade.
7) Quais as rotinas gerais que devem ser adotadas numa ETE.
As rotinas que devem ser adotadas são:
a) Rotina de limpeza ao redor e dentro das instalações da ETE – Deve-se observar dentro dessa rotina: Limpeza diária de todas as instalações que compõem a estação de tratamento de efluentes; Limpeza e desobstrução das canaletas de drenagem de água de chuva; Manutenção da cerca do entorno da estação, evitando o acesso de pessoas não-autorizadas e animais; Limpeza das vias de acesso ao corpo receptor e do local de lançamento; Proteção das tubulações e o ponto de lançamento do efluente tratado; Análises físico-químicas e bacteriológicas do efluente, corpo receptor e do lençol freático, conforme definido durante o processo de licenciamento da unidade; Medição da vazão de entrada e saída durante o tratamento. O operador deverá fazer leituras horárias/diárias e anotar os dados todos os dias.
b) Rotina de operação e manutenção em cada uma das fases ou unidades que compõem a Estação de Tratamento de Efluentes - As rotinas de operação precisam ser definidas pela empresa seguindo as regras de licenciamento definidas pelos órgãos locais e/ou nacional de meio ambiente e de acordo com o planejamento feito para funcionamento da ETE. As fases a serem consideradas são: Tratamento Preliminar; Tratamento Primário; Tratamento Secundário; Unidades de Pós-Tratamento; Tratamento e Disposição Final dos Lodos; Amostragem; Estações Elevatórias de Esgoto; Casa de Apoio.
8) O que são lagoas de polimento? Quais as vantagens de adotar esse sistema de lagoas?
A denominação de lagoas de polimento convém para distinguir das lagoas de estabilização que tratam esgotos brutos, enquanto as de polimento são subsequentes ao reator UASB, um sistema de tratamento de fluxo ascendente bastante eficaz e eficiente na estabilização de matéria orgânica, porém seu baixo tempo de retenção hidráulica entre outros fatores torna ineficiente a remoção de patógenos e nutrientes, necessitando da aplicação de um “polimento” ao tratamento dos esgotos antes da disposição final. Porém, se essas lagoas não se enquadram como lagoas de estabilização por não serem projetadas para estabilizar a matéria orgânica, as lagoas de maturação também não deveriam se enquadrarem. As lagoas de polimento normalmente são introduzidas a um sistema de tratamento como pós-tratamento, objetivando a remoção de organismos patogênicos e não a estabilização da matéria orgânica (CAVALCANTI, et al., 2001), além da remoção dos nutrientes. Jordão e Pêssoa (2011) tratam como sendo um refinamento de outro processo biológico, em particular do reator UASB. É compreendido que, mesmo com essa distinção, a lagoa de maturação nada mais é que o pós-tratamento, um refinamento, do processo de tratamento por lagoas de estabilização objetivando a mesma remoção que a de polimento. As lagoas de polimento e de maturação baseiam-se na atividade metabólica de microrganismos, particularmente bactérias e algas. Nas quais as algas são responsáveis pela elevação do pH através da remoção do carbono mineral e pela produção do oxigênio no meio SOUSA, T. A. T. de 2015 através da fotossíntese, enquanto que as bactérias fazem uso deste oxigênio para promover a oxidação do material orgânico biodegradável. Os coliformes fecais e ovos de helmintos são organismosque apresentam maior sobrevivência em sistemas de tratamento, que conduz sua escolha como indicadores da qualidade higiênica, referente a remoção de patógenos. A sua concentração abaixo de certo limite indica que o esgoto tratado tem uma boa qualidade para o uso pretendido (CAVALCANTI, 2009). Os estudiosos, pesquisadores e engenheiros especializados em tratamento de esgotos sanitários fazem uma diferença entre lagoa de estabilização como sendo aquela que trata esgoto bruto e lagoa de polimento como sendo aquela que trata esgoto digerido, especificamente de reator UASB. Porém, o refinamento final do processo de tratamento através do pós-tratamento por lagoa é diferenciado somente por um advir das convencionais lagoas de estabilização e o outro dos inovadores reatores UASB.
9) As principais condições ambientais em uma lagoa de estabilização são a radiação solar, temperatura e o vento. De que forma esses parâmetros influenciam no funcionamento das lagoas de estabilização?
A temperatura tem um papel muito importante no projeto das lagoas de estabilização (KEHL et al., 2009), devido aos processos (anaeróbios e aeróbios) responsáveis pela remoção de DBO e coliformes dependerem da temperatura (ARTHUR, 1983). Desta forma, a temperatura tem um efeito pronunciado nos processos bioquímicos: velocidade de fotossíntese (aumenta com a temperatura), velocidade do metabolismo dos organismos e a decomposição pelas bactérias (JORDÃO e PESSÔA, 2014); e hidrodinâmicos (estratificação térmica) de sistemas lagoas.
Segundo UEHARA (1989), a energia solar é fundamental para a operação efetiva das lagoas de estabilização, uma vez que contribui para a produção de oxigênio através da realização da fotossíntese. A percentagem da luz disponível anual varia por todo o país e é determinada pela latitude, altitude e cobertura das nuvens. A quantidade de energia solar disponível auxilia a determinar a área e a profundidade necessárias para uma operação adequada. A energia consumida pelas algas é obtida principalmente da parte visível do espectro da radiação solar, particularmente entre comprimento de ondas ou cor de 4 mil a 7 mil Angstrons. Somente 2% a 7% dessa radiação solar visível são utilizáveis pelas algas que, para fotossintetizarem, não necessitam de uma exposição contínua à energia solar. A velocidade da fotossíntese não aumenta ininterruptamente à medida que aumenta a intensidade da luz. Cada alga apresenta uma determinada taxa de crescimento e de desenvolvimento. 
O vento tem importância para as lagoas na medida em que favorecem a homogeneização da massa líquida e a formação de ondas; contribuem para uniformizar a distribuição do oxigênio dissolvido e aumentam a superfície de contato das partículas de água com a atmosfera, com consequente aumento da eficiência de transferência de oxigênio (JORDÃO & PESSOA, 1995). A mistura minimiza a possibilidade de ocorrência de curtos-circuitos hidráulicos, a formação de zonas estagnadas e assegura uma distribuição vertical uniforme de oxigênio, matéria orgânica e microrganismos, promovendo também o transporte das algas imóveis para toda a lagoa, como as algas verdes do gênero Chlorella. Quanto à localização, a lagoa deve ser escolhida de forma que os ventos dominantes tendam a levar possíveis odores para longe da área urbana. A ação desejada do vento no entanto é uma ação moderada, visto que grandes ondas provocam a erosão nos diques. Por isto os taludes internos dos diques são mais suaves e protegidos. O autor JORDÃO & PESSOA (1995), recomenda taludes com inclinação de 1:4 ou 1:3. Visando evitar a formação de curtos circuitos e para favorecer o escoamento é recomendável posicionar os dispositivos de entrada e saída dos fluxos na direção dos ventos predominantes. Para maximizar a influência do vento, a lagoa não deverá ser cercada por obstáculos naturais ou artificiais que obstruam o acesso do vento. A lagoa está ainda sujeita à estratificação térmica, quando a mistura vertical da massa líquida não ocorre. Forma-se um gradiente de temperatura entre as camadas superiores e as inferiores, caracterizados por uma fina camada estática de grande mudança de temperatura, denominado termoclima. Segundo SILVA & MARA (1979); VON SPERLING (1996b), a estratificação pode ser quebrada por meio de um mecanismo de mistura natural, denominado inversão térmica.
10) Explique os seguintes fenômenos:
a) Estratificação térmica: A estratificação térmica é uma das condições que levam à divisão de camadas em meio aquático. Na água, é comum a formação de camadas na horizontal, com densidades diferentes, organizadas de forma que as mais densas ficam abaixo das menos densas. Quando a temperatura é a responsável por esse fenômeno, ele é chamado de estratificação térmica. Nesse tipo de estratificação, as camadas de água ficam com temperaturas diferentes, obviamente. A água mais quente tem uma densidade menor e por isso fica mais na superfície, enquanto a mais fria tende a ficar nas profundezas, por ter uma densidade maior. A estratificação térmica na água só consegue se sustentar quando não há agitação forte nela. Por exemplo: nos mares ou em outros reservatórios, quando a região sofre a ação de ventos em alta velocidade, a água se agita e as camadas acabam se misturando, sem permanecer divididas e delimitadas de acordo com a temperatura. O fator tempo também é importante: a estratificação não se mantém por períodos muito longos. Mesmo quando não há agitação alguma e a água está bastante calma, com o passar do tempo é natural que o calor existente nas camadas superiores e menos densas acabe se espalhando para o restante do reservatório. O processo é conhecido como difusão. À medida que as camadas mais baixas vão sendo aquecidas, a densidade vai diminuindo e isso altera a estratificação até que ela desapareça, porque as camadas vão se misturar.
b) Inversão térmica: É dito como um mecanismo de mistura natural. A Inversão térmica é um fenômeno natural registrado em qualquer parte do planeta, que corresponde à inversão das camadas atmosféricas (em escala local) de forma que o ar frio permanece em baixas altitudes e o ar quente nas camadas mais elevadas. Dessa maneira, ocorre assim, uma desestabilização momentânea da circulação atmosférica e alteração na temperatura.
11) Quais os principais parâmetros de projeto das lagoas facultativas. Explique-os.
Tempo de detenção: é o tempo médio (geralmente expresso em dias) em que os despejos líquidos permanecem em uma unidade ou sistema.
Taxa de aplicação superficial: relação entre a massa de DBO5 aplicada por dia e a área da superfície líquida da lagoa, expressa em kg DBO5,20 /(ha.dia). 
Taxa de aplicação volumétrica: relação entre a massa de DBO5,20 aplicada por dia e o volume útil da lagoa, expressa em kg DBO5,20 /(m3.dia). 
Profundidade: A profundidade útil da lagoa fotossintética primária deve ser entre 1,5 m e 2,0 m e a das lagoas subsequentes, igual ou inferior a 1,5 m. 
Relação L/B (comprimento/largura) usual: O formato de cada compartimento deve ser retangular, com relação comprimento / largura não inferior a 4. Deve possuir anteparos intermediários transversais com espaçamento máximo de 1,5 vezes a largura do compartimento para impedir a concentração desigual de plantas. Cada anteparo deve ter altura de 0,50 m sendo 0,30 m abaixo da lâmina d’água e 0,20 m acima. Sobre as paredes longitudinais de cada compartimento devem ser previstas passarelas com largura mínima de 1,00 m, para permitir o tráfego de pessoas com equipamentos para a coleta e transporte de plantas. O desnível hidráulico entre os compartimentos deve ser de 0,10 m. A passagem do líquido entre os compartimentos deve ser protegida por tela. O esgoto afluente na primeira câmara deve ser uniformemente distribuído em toda a sua largura através de canal ou tubulação perfurada. 
Eficiência: redução percentual dos parâmetros de carga poluidora promovida pelo tratamento.
Requisitos: São observados nesse item a área e potência. 
Custos: investimento inicial (implantação),custos operacionais (inclusive a remoção, desidratação, transporte e disposição final do lodo), despesas de manutenção, reposição de equipamentos e vantagens ambientais tais como: balanço de massa de gás carbônico, de oxigênio e recarga do aquífero e proveniente da produção e venda da biomassa.
12) As lagoas facultativas podem ser projetadas para ter mais de uma lagoa, podendo ser um modelo de células em série ou em paralelo. Cite as principais vantagens desses modelos.
Elevada eficiência na remoção de microrganismos patogênicos.