9. DIMENSIONAMENTO DE LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO

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1 9. DIMENSIONAMENTO DE LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO Os sistemas de lagoas de estabilização mais empregados são a Lagoa Facultativa e a associação entre Lagoa Anaeróbia e Lagoa Facultativa. Pelo fato de serem mais empregados na prática, serão dados exemplos de dimensionamento destes dois sistemas. 9.1 Lagoa Facultativa As lagoas facultativas são a variante mais simples dos sistemas de lagoas de estabilização. Basicamente o processo consiste na retenção dos esgotos por um período de tempo longo o suficiente para que os processos naturais de estabilização da matéria orgânica se desenvolvam. Nestas lagoas, o esgoto afluente entra em uma extremidade da lagoa e sai na extremidade oposta. Ao longo deste percurso, que demora vários dias, uma série de mecanismos contribuem para a purificação dos esgotos. Estes mecanismos ocorrem nas três zonas das lagoas denominadas : zona anaeróbia, zona aeróbia e zona facultativa. A matéria orgânica em suspensão (DBO particulada) tende a sedimentar, vindo a constituir o lodo de fundo, na zona anaeróbia, que sofrerá processo de decomposição por microorganismos anaeróbios, sendo convertido lentamente em CO 2, água, metano e outros. Após um certo período de tempo, apenas a fração inerte (não biodegradável) permanece na camada de fundo. O gás sulfídrico gerado não causa problema de mau cheiro, pelo fato de ser oxidado, por processos químicos e bioquímicos, na camada aeróbia superior. Figura 50 Funcionamento de uma Lagoa Facultativa 92

2 A matéria orgânica dissolvida (DBO solúvel), conjuntamente com a matéria orgânica em suspensão de pequenas dimensões (DBO finamente particulada) não sedimenta, permanecendo dispersa na massa líquida. Na camada mais superficial, tem-se a zona aeróbia. Nesta zona, a matéria orgânica é oxidada por meio de respiração aeróbia. Há a necessidade da presença de oxigênio, o qual é suprido ao meio pela fotossíntese realizada pelas algas. Tem-se assim, um perfeito equilíbrio entre o consumo e a produção de oxigênio e gás carbônico. As bactérias consomem O 2 e produzem CO 2 e as algas através da fotossíntese produzem O 2 e consomem CO 2. A zona facultativa é aquela intermediária onde pode ocorrer a presença ou ausência de O 2. O efluente de uma lagoa facultativa é verde devido às algas, possui elevado teor de oxigênio dissolvido e quase nenhuma concentração de sólido em suspensão sedimentável. Parâmetros de Projeto de uma Lagoa Facultativa Existem vários métodos e parâmetros, na grande maioria empíricos e de diferentes autores, para dimensionamento de lagoas facultativas. Um dos mais conhecidos e utilizados é o baseado na Taxa de Aplicação Superficial. O critério da Taxa de Aplicação Superficial baseia-se na necessidade de se ter uma determinada área de exposição à luz solar na lagoa, para que o processo da fotossíntese ocorra, produzindo o oxigênio necessário, através das algas, para estabilização da matéria orgânica. a) Taxa de Aplicação Superficial A área requerida para a lagoa é calculada em função da taxa de aplicação superficial Ls. A taxa é expressa em termos da carga de DBO (L, expressa em kgdbo 5 /dia) que pode ser tratada por unidade de área da lagoa (A, expressa em hectare). A = L L s onde : A = área requerida para a lagoa (ha); L = carga de DBO total (solúvel + particulada) afluente (kgdbo 5 /dia); L s = taxa de aplicação superficial (kgdbo 5 /ha.dia). 93

3 A taxa a ser adotada varia com a temperatura local, latitude, exposição solar, altitude e outros. Locais com clima e insolação extremamente favoráveis, como o nordeste do Brasil, permitem a adoção de taxas bem elevadas, eventualmente superiores a 300 kgdbo 5 /ha.dia, o que implica em menores áreas superficiais da lagoa. Em nosso país tem-se adotado taxas variando de : Regiões com inverno quente e elevada insolação : L s = 240 a 350 kgdbo 5 /ha.dia; Regiões com inverno e insolação moderados : L s = 120 a 240 kgdbo 5 /ha.dia; Regiões com inverno frio e baixa insolação : L s = 100 a 180 kgdbo 5 /ha.dia. Segundo a Norma para Projeto de Estações de Tratamento, a área de 1 lagoa não deve ser superior a 15 ha. Neste caso deve-se dividir o sistema em um maior número de lagoas. b) Tempo de Detenção (t) O volume requerido para a lagoa (V) pode ser calculado com base no tempo de detenção adotado e na vazão de projeto. O tempo de detenção (t) é expresso em dias. V = t Q onde : V = volume requerido para a lagoa (m 3 ); t = tempo de detenção (dias); Q = vazão média afluente (m 3 /dia). O tempo de detenção requerido varia também com as condições locais, principalmente com a temperatura. Usualmente, adotam-se tempos de detenção variando de : t = 15 a 45 dias c) Profundidade da lagoa (H) A tendência atual tem sido a de se adotar lagoas não muito rasas, com profundidades H variando de : H = 1,5 a 3,0 m A Tabela 7 abaixo indica as profundidades recomendadas para lagoas facultativas em função das características do esgoto afluente ou das condições climáticas locais. 94

4 Tabela 7 Profundidades para Lagoas Facultativas d) Influência do Regime Hidráulico na Remoção da DBO A remoção da DBO processa-se segundo uma reação de primeira ordem na qual a taxa de reação é diretamente proporcional à concentração do substrato. Nestas condições, o regime hidráulico da lagoa tem grande influência na eficiência do sistema. Segundo a cinética de primeira ordem, a taxa de remoção de DBO é tanto mais elevada quanto maior for a concentração de DBO. A Tabela 8 a seguir resume os principais modelos hidráulicos. Tabela 8 Fórmulas para a determinação da concentração efluente de DBO solúvel 95

5 A descrição de cada modelo hidráulico pode ser visto na Tabela 9 a seguir Tabela 9 Características - Modelos Hidráulicos da concentração efluente de DBO solúvel A lagoa por fluxo em pistão é mais eficiente do que a lagoa por mistura completa, em termos de redução da DBO. O projeto das lagoas poderá fazer um aproveitamento do terreno disponível e da sua topografia para se obter a relação mais adequada do comprimento/largura (L/B). Sistemas com L/B elevado tendem ao fluxo em pistão, enquanto que lagoas com L/B próximo a 1,0 (lagoas quadradas) tendem ao regime de mistura completa. Mais freqüentemente a relação L/B se situa em torno de 2 a 4. 96

6 Usualmente tem sido adotado nos dimensionamentos o modelo de mistura completa devido as seguintes razões : os cálculos com o modelo de mistura completa são os mais simples; e o dimensionamento com os cálculos assumindo mistura completa leva a um posicionamento a favor da segurança, já que o reator de mistura completa é o de menor eficiência. e) DBO efluente solúvel e particulada Deve-se observar que, no quadro 2, S é a DBO efluente solúvel. A DBO afluente S o é admitida como a DBO total do afluente, causada por duas fontes: (a) DBO remanescente no tratamento (DBO solúvel) e (b) DBO causada pelos sólidos em suspensão no efluente (DBO particulada). Os sólidos em suspensão no efluente são predominantemente algas, que poderão ou não exercer alguma demanda de O 2 no corpo receptor. De acordo com Mara cada 1 mg de Sólidos em Suspensão (SS) por litro gera 0,3 a 0,4 mgdbo 5 /l : 1 mg SS/l = 0,3 a 0,4 mgdbo 5 /l Devido à incerteza quanto a estes aspectos, uma abordagem prática é a de desconsiderar a DBO das algas, ou dos Sólidos em Suspensão (SS), no efluente das lagoas facultativas. Assim a DBO das lagoas facultativas pode ser considerada como sendo apenas a DBO solúvel. O valor do coeficiente de remoção de DBO (k) é obtido em função da DBO de entrada e de saída e do tempo de detenção, bem como do modelo hidráulico assumido. Para o caso mais freqüente do sistema de mistura completa, tem-se a seguinte faixa de valores usualmente utilizados para dimensionamento: onde : k = 0,30 a 0,35 dia -1 Para diferentes temperaturas, o valor de k pode ser corrigido através da seguinte equação ( T 20 k ) T = k 20 θ k T = coeficiente de remoção da DBO na temperatura T (ºC) do líquido; k 20 = coeficiente de remoção da DBO na temperatura do líquido de 20 º C; θ = coeficiente de temperatura = 1,05 (segundo Silva e Mara) No dimensionamento, normalmente se considera a temperatura média do líquido no mês mais frio. 97

7 f) Acúmulo de Lodo O lodo acumulado no fundo da lagoa é resultado dos sólidos em suspensão do esgoto bruto, incluindo areia, mais microorganismos sedimentados. A fração orgânica do lodo é estabilizada anaerobicamente, sendo convertida em água e gases. Em assim sendo, o volume acumulado é inferior ao volume sedimentado. A taxa de acúmulo de lodo média de lodo em lagoas facultativas é da ordem de apenas 0,03 a 0,08 m 3 /hab.ano. Como consequencia desta baixa taxa de acúmulo, a ocupação de volume da lagoa é baixa. g) Área Total Requerida para o Sistema de Lagoas 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. h) Eficiência na remoção da DBO (E) É dada pela diferença percentual relativa entre a DBO total afluente (S o ) e a DBO total efluente (S e ) : So Se E = So Lagoa Anaeróbia As lagoas aneróbias constituem-se em uma forma alternativa de tratamento, onde a existência de condições estritamente anaeróbias é essencial. A estabilização em condições anaeróbias é lenta, pelo fato das bactérias anaeróbias se reproduzirem numa vagarosa taxa. As lagoas anaeróbias são usualmente profundas, da ordem de 4 a 5 m. A profundidade é importante, no sentido de reduzir a possibilidade da penetração do oxigênio produzido na superfície para as demais camadas. Pelo fato das lagoas anaeróbias serem mais profundas, a área requerida é menor. A eficiência de remoção da DBO nas lagoas anaeróbias é da ordem de 50 a 60 %. A DBO efluente é ainda elevada, implicando na necessidade de uma unidade posterior de tratamento. As unidades mais utilizadas para tal são as lagoas facultativas, compondo o sistema de lagoas anaeróbias seguidas por lagoas facultativas, também denominado de sistema australiano. 98

8 A remoção de DBO na lagoa anaeróbia proporciona uma substancial economia de área, fazendo com que o requisito de área total (lagoa anaeróbia+facultativa) seja em torno de 2/3 do requisito de uma lagoa facultativa única. Parâmetros de Projeto de uma Lagoa Anaeróbia Existem dois critérios para dimensionamento de lagoas anaeróbias: pelo tempo de detenção e pela taxa de aplicação volumétrica. O critério do tempo de detenção baseia-se no tempo necessário para a reprodução das bactérias anaeróbias. O critério da taxa de aplicação volumétrica é estabelecido em função da necessidade de um determinado volume da lagoa anaeróbia para a estabilização da carga de DBO aplicada. a) Taxa de Aplicação Volumétrica A taxa de aplicação volumétrica L v a ser adotada é função da temperatura. Locais mais quentes permitem uma maior taxa (menor volume). As taxas mais usualmente adotadas estão na faixa de : L v = 0,1 a 0,3 kgdbo 5 /m 3.dia O volume requerido (V) é obtido pela equação : V = L L v onde : V = volume requerido para a lagoa (m 3 ); L = carga de DBO total (solúvel + particulada) afluente (kgdbo 5 /dia); L v = taxa de aplicação volumétrica (kgdbo 5 /m 3.dia). b) Tempo de Detenção (t) O volume requerido para a lagoa (V) pode ser calculado também com base no tempo de detenção adotado e na vazão de projeto. O tempo de detenção (t) é expresso em dias. V = t Q onde : V = volume requerido para a lagoa (m 3 ); t = tempo de detenção (dias); Q = vazão média afluente (m 3 /dia). 99

9 Usualmente, para as lagoas anaeróbias adotam-se tempos de detenção variando de : t = 3 a 6 dias c) Profundidade da lagoa (H) A profundidade das lagoas anaeróbias é elevada, para garantir a predominância das condições anaeróbias, evitando que a lagoa trabalhe como facultativa. Os valores usualmente adotados encontram-se na faixa de : H = 4,0 a 5,0 m d) Acúmulo de Lodo As considerações aqui são similares às efetuadas no caso de lagoas facultativas. A taxa de acúmulo de lodo média de lodo em lagoas facultativas é da ordem de 0,03 a 0,04 m 3 /hab.ano. As lagoas devem ser limpas quando a camada de lodo atingir aproximadamente a metade da altura útil. e) Eficiência na remoção da DBO nas lagoas anaeróbias (E) A norma para projetos de lagoas propõe as seguintes eficiências de remoção, caso as lagoas anaeróbias tenham sido dimensionadas de acordo com os critérios acima : Tabela 10 Eficiência de Remoção para Lagoas Anaeróbias Temperatura Média da Lagoa no mês mais frio (ºC) Eficiência na Remoção de DBO (%) > Uma vez estimada a eficiência de remoção (E), calcula-se a concentração efluente (S e ) da lagoa anaeróbia utilizando-se a fórmula : So Se E = So

10 9.3 - Dimensionamento das Lagoas Facultativas no Sistema Lagoa Anaeróbia / Lagoa Facultativa As lagoas facultativa no sistema lagoa anaeróbia lagoa facultativa, podem ser dimensionadas segundo os mesmos critérios da taxa de aplicação superficial descrito anteriormente. O tempo de detenção pode ser agora menor, devido a prévia remoção da DBO na lagoa aneróbia. Para o dimensionamento segundo a taxa de aplicação superficial, tem-se que a concentração e a carga de DBO afluentes à lagoa facultativa são as mesmas efluentes da lagoa anaeróbia. A estimativa do efluente da lagoa facultativa pode ser efetuada segundo a metodologia descrita anteriormente, atentando para o fato de que o coeficiente de remoção k será neste caso um pouco menor, devido à matéria orgânica de estabilização mais fácil ter sido removida na lagoa anaeróbia. O remanescente da matéria orgânica é de degradação mais difícil, implicando em taxas de estabilização mais lentas. Exemplo de Dimensionamento de Lagoa Anaeróbia Facultativa Dimensionar um sistema de Lagoa Anaeróbia Lagoa Facultativa com os seguintes dados : População : hab Vazão afluente : m 3 /dia DBO afluente : S o = 350 mg/l = 350 g/m 3 Temperatura : T = 23 ºC (líquido da lagoa) SOLUÇÃO : a) Carga afluente de DBO 5 (L) L = S o x Q a = 350 g/m m 3 /dia = g/dia = 1050 kg/dia DIMENSIONAMENTO DA LAGOA ANAERÓBIA b) Adoção da taxa de aplicação volumétrica (L v ) L v = 0,1 kgdbo 5 /m 3.dia (adotada) 101

11 c) Cálculo do Volume requerido para a lagoa (V) L 1050 kgdbo / dia V = = 5 = m 3 L 3 v 0,1 kgdbo5 / m.dia d) Verificação do tempo de detenção (t) 3 V m t = = = 3,5 dias (ok!! dentro dos valores esperados) Q 3 a 3000 m / dia e) Determinação da Área requerida (A) Profundidade adotada : H = 4,5 m (entre 4,0 e 5,0 m) 3 V m 2 A = = = m (0,23 hectares) H 4,5 m Adotado 2 lagoas quadradas: Área de cada lagoa : / 2 = m 2 Dimensão de cada lagoa : = 34 metros 2 lagoas anaeróbias de 34 x 34 metros cada. f) Concentração de DBO efluente (S e ) Eficiência de remoção da DBO (adotada) : E = 50 % So Se 350 Se E = = 100 S e = 175 mg/l So 350 g) Acúmulo de Lodo na Lagoa Anaeróbia Taxa de acúmulo anual de lodo adotada = 0,01 m 3 /hab.ano Acumulação anual = 0,01 m 3 /hab hab = 200 m 3 /ano Espessura acumulada em um ano : Espessura = m / ano = 0, m m / ano = 9 cm / ano Espessura em 20 anos de operação (normalmente horizonte do projeto) = 20 x 9 cm = 1,80 metros (logo o lodo possivelmente necessitará ser removido após 20 anos de operação). 102

12 DIMENSIONAMENTO DA LAGOA FACULTATIVA h) Carga afluente à lagoa facultativa A carga efluente da lagoa anaeróbia (L) é a carga afluente à lagoa facultativa. Com a eficiência de remoção (E) de 50 %, a carga afluente à lagoa facultativa é : (100 E) (100 50) L = Lo = 1050kgDBO / dia = kgdbo / dia i) Adoção da taxa de aplicação superficial L s = 180 kgdbo/ha.dia j) Área requerida para a lagoa (A) A = L Ls 525 = 180 kgdbo / dia kgdbo / ha.dia = 2,9 ha ( m ) Adotado 2 lagoas : Área de cada lagoa : / 2 = m 2 Relação L/B = 2,5 cada lagoa L.B = ,5 B 2 = B = 76 m L = 2,5. 76 L = 190 m k) Profundidade da lagoa facultativa (H) H = 2,0 m (adotado) l) Cálculo do Volume da lagoa resultante V = A.H = ,0 = m 3 m) Cálculo do tempo de detenção resultante t = V Qa m = m / dia = 19,3 dias n) Coeficiente de remoção de DBO (k) Adotado k = 0,20 dia -1 (20 º C) (menor do que o valor de k de uma lagoa facultativa única, que era de 0,30 dia -1 ) 103

13 Correção para a temperatura de 23 ºC : kt = k20 ( T 20) ( 23 20) 1. θ = 0,20.1,05 = 0,23 dia o) Estimativa da DBO solúvel efluente (Se) Utilizando-se o modelo da mistura completa, admitindo-se uma célula, tem-se : So 175 mg / l Se = = = k.t 1+ 0,23.19,3 mg /l Lembrando, logicamente, que a DBO efluente da lagoa anaeróbia (175 mg/l) corresponde a DBO afluente da lagoa facultativa (S o ). p) Estimativa da DBO particulada efluente Considerar não existir DBO particulada efluente, para fins práticos (DBO particulada efluente = 0) q) DBO total efluente DBO total efluente = DBO solúvel efluente + DBO particulada efluente DBO total efluente = = 32 mg/l r) Cálculo da eficiência total do Sistema Lagoa Anaeróbia - Lagoa Facultativa ne remoção da DBO Eficiência de remoção da DBO (adotada) : E = 50 % So Se E = So = 100 = % s) Área útil total (lagoas anaeróbias + facultativas) Área útil total = Área (lagoas anaeróbias) + Área (lagoas facultativas) Área útil total = 0,23 ha + 2,9 ha = 3,13 hectares (Obs : com a lagoa facultativa única, dimensionada no quadro, a área requerida foi de 5,8 ha. Houve portanto uma substancial economia de área. O tempo de detenção total neste exemplo é de 22,8 dias (3,5 dias + 19,3 dias), bastante inferior ao de uma lagoa facultativa única (38,7 dias). 104

14 t) Área total requerida A área total é da ordem de 25 % a 33 % superior à área útil requerida. Assim a área total ocupada pelo sistema de Lagoas Anaeróbia - Facultativa e Estruturas Auxiliares é de : Área total = 1,30 x 3,13 ha = 4,1 hectares u) Arranjo Final do Sistema de Lagoas Anaeróbia / Facultativa 190 m 34 m Lagoa Anaer m Lagoa Facultativa 1 76 m Lagoa Anaer m Lagoa Facultativa 2 76 m 105

15 10. SOLUÇÕES INDIVIDUAIS PARA TRATAMENTO E DESTINAÇÃO FINAL DOS ESGOTOS DOMÉSTICOS As soluções individuais para tratamento e destinação final dos esgotos domésticos são particularmente adotadas para o atendimento de pequenas e médias comunidades onde não existe rede coletora de esgoto. Onde não existe água encanada podem ser adotadas as seguintes soluções : Privada com Fossa Seca : compreende uma casinha e uma fossa seca escavada no solo (Figura 51) destinada a receber somente os excretas (fezes), ou seja, não dispõe de veiculação hídrica. As fezes retidas no interior se decompõem ao longo do tempo através do processo de digestão anaeróbia. Localizada em lugares livres de enchentes e distantes de poços e fontes e em cota inferior a esses mananciais, a fim de evitar a contaminação dos mesmos. Recomenda-se adotar uma distância mínima de segurança estimada em 15 metros. Figura 51 Fossa Seca 106

16 Privada com Fossa Estanque: consta de um tanque destinado a receber os dejetos, diretamente, sem descarga de água, em condições idênticas a privada de Fossa Séptica. Esta solução é adotada geralmente em zonas de lençol muito superficial, zonas rochosas ou terrenos muito duros e terrenos facilmente desmoronáveis (Figura 52). Figura 52 Fossa Estanque Privada com Fossa de Fermentação: consta essencialmente de duas câmaras (tanques) contíguas e independentes destinadas a receber os dejetos, tal qual nas privadas de fossa seca. Cada câmara é utilizada de maneira não simultânea, ou seja, enquanto uma é utilizada durante 1 ano, a outra fermenta o lodo acumulado, por um período de 1 ano, sendo limpa após este período final de fermentação, ficando pronta para novo uso. Figura 53 Fossa de Fermentação 107

17 Onde existe água encanada pode ser adotada principalmente como solução o Tanque Séptico ou Fossa Séptica cujo destino do efluente pode ser para o Sumidouro, Vala de Infiltração ou Vala de Filtração. O Tanque Séptico também pode ter o efluente passando por um Filtro Biológico antes de ir para o destino final Tanque Séptico ou Fossa Séptica O Tanque Séptico corresponde a uma ou mais câmaras fechadas com a finalidade de deter os despejos domésticos, por um período de tempo estabelecido, de modo a permitir a decantação dos sólidos e retenção do material graxo contido nos esgotos transformando-os bioquimicamente, em substâncias e compostos mais simples e estáveis. Supondo-se uma vazão do esgoto de 150 l/dia o Tanque Séptico poderá ser empregado para tratamento a nível primário de até, um máximo de 500 habitantes. Economicamente o tanque séptico é recomendado para até 100 habitantes. Esse sistema requer que as residências disponham de suprimento de água. A Figura 53 ilustra o funcionamento geral de um Tanque Séptico : Figura 53 Funcionamento de uma Fossa Séptica Os principais processos que ocorrem no Tanque Séptico ou Fossa Séptica são : 108

18 Retenção: o esgoto é detido na fossa por um período racionalmente estabelecido, que pode variar de 12 a 24 horas, dependendo das contribuições afluentes. Decantação: simultaneamente à fase de retenção, processa-se uma sedimentação de 60 a 70% dos sólidos em suspensão contidos nos esgotos, formando-se o lodo. Parte dos sólidos não decantados, formados por óleos, graxas, gorduras e outros materiais misturados com gases é retida na superfície livre do líquido, no interior do tanque séptico, denominados de escuma. Digestão: tanto o lodo como a escuma são atacados por bactérias anaeróbias, provocando uma destruição total ou parcial de organismos patogênicos. Redução de Volume: da digestão, resultam gases, líquidos e acentuada redução de volume dos sólidos retidos e digeridos, que adquirem características estáveis capazes de permitir que o efluente líquido do tanque séptico possa ser lançado em melhores condições de segurança do que as do esgoto bruto. O tanque séptico é projetado para receber todos os despejos domésticos (de cozinhas, lavanderias domiciliares, lavatórios, vasos sanitários, bidês, banheiros, chuveiros, mictórios, ralos de piso de compartimento interior, etc.). É recomendado a instalação de caixa de gordura na canalização que conduz despejos das cozinhas para o tanque séptico. São vetados os lançamentos de qualquer despejo que possam causar condições adversas ao bom funcionamento dos tanques sépticos ou que apresentam um elevado índice de contaminação. Dimensionamento de Fossa Séptica (segundo a ABNT-NBR 7229/93) Fórmula geral para tanque séptico de uma câmara : V = N ( C.T + K.Lf ) V = Volume útil (em litros). N = Número de pessoas ou unidades de contribuição. C = Contribuição de despejos, em litro/pessoa x dia ou em litro/unidade x dia (Tabela 11) T = Período de detenção, em dias (Tabela 12). K = Taxa de acumulação de lodo digerido em dias, equivalente ao tempo de acumulação de lodo fresco (Tabela13). Lf = Contribuição de lodo fresco, em litro/pessoa x dia ou em litro/unidade x dia ou em litro/unidade x dia (Tabela 11). 109

19 Tabela 11 Contribuição Diária de Esgoto (C) e de Lodo Fresco (Lf) Tabela 12 Período de Detenção (T) dos Despejos por faixa de contribuição diária Tabela 13 Taxa de Acumulação Total de Lodo (K) em Dias 110

20 Tabela 14 Profundidade Útil (h) Mínima e Máxima por Faixa de Volume Útil A Tabela 14 indica as profundidades úteis mínima e máxima em função do Volume Útil calculado. Ainda são recomendadas as seguintes relações : 2 L/b 4 e 0,70 m b 2 h onde L e b são o comprimento e a largura, respectivamente, da Fossa Séptica, no caso de ter formato em planta retangular (Figura 54). Figura 54 Detalhe das Dimensões de uma Fossa Séptica Retangular 111

21 Disposição do Efluente Líquido dos Tanques Sépticos O efluente líquido é potencialmente contaminado, com odores e aspectos desagradáveis, exigindo, por estas razões, uma solução eficiente de sua disposição. Entre os processos eficientes e econômicos de disposição do efluente líquido das fossas têm sido adotados os seguintes tipos: diluição nos corpos d água receptores; sumidouro; vala de infiltração e filtração; filtro anaeróbio. A escolha do processo a ser adotado deve considerar os seguintes fatores: natureza e utilização do solo; profundidade do lençol freático; grau de permeabilidade do solo; utilização e localização da fonte de água de subsolo utilizada para consumo humano; volume e taxa de renovação das água de superfície. Teste de Absorção do Solo Sua finalidade é fornecer o coeficiente de percolação do solo, o qual é indispensável para o dimensionamento de fossas absorventes, sumidouros e campos de absorção. O teste é realizado como a seguir : - cavar um buraco de 30cm x 30cm cuja profundidade deve ser a do fundo da vala, no caso do campo de absorção ou a profundidade média, em caso de fossa absorvente; - colocar cerca de 5cm de brita miúda no fundo do buraco; - encher o buraco de água e esperar que seja absorvida; - repetir a operação por várias vezes, até que o abaixamento do nível da água se torne o mais lento possível; - medir, com um relógio e uma escala graduada em cm, o tempo gasto, em minutos, para um abaixamento de 1cm. Este tempo (t) é, por definição, o tempo de percolação (tempo medido à profundidade média); - de posse do tempo t em minutos, pode-se determinar o coeficiente de percolação. Por definição, o coeficiente de infiltração representa o número de litros que 1 m 2 de área de infiltração do solo é capaz de absorver em um dia. O coeficiente (Ci) é fornecido pelo Gráfico 5 abaixo ou pela seguinte fórmula : 112

22 Ci ( l / 2 m / dia) = 490 t + 2,5 Gráfico 5 Determinação do Coeficiente de Percolação Exemplo para achar o Coeficiente de Infiltração : Um teste de infiltração de um terreno indicou o tempo (t) igual a 4 minutos para o abaixamento de 1 cm na escala graduada. Qual o coeficiente de infiltração (Ci) do terreno? Ci = 490 / (t + 2,5) = 490 / (4 + 2,5) = 490 / 6,5 = 75,4 litros / m 2 / dia O coeficiente de infiltração varia de acordo com os tipos de solo, conforme indicado na Tabela 15 a seguir : Tabela 15 Coeficiente de Infiltração e Absorção Relativa do Solo 113

23 Disposição do Efluente Sólido das Fossas Sépticas A parte sólida retida nas fossas sépticas (lodo) deverá ser renovada periodicamente, de acordo com o período de armazenamento estabelecido no cálculo destas unidades. A falta de limpeza no período fixado acarretará diminuição acentuada da sua eficiência. Pequeno número de tanque séptico instalados e de pouca capacidade não apresentam problemas para a disposição do lodo. Nestes casos, o lançamento no solo, a uma profundidade mínima de 0,60m, e mesmo em rios, poderá ser uma solução, desde que o local escolhido não crie um problema sanitário. Quando o número de tanques sépticos for bastante grande ou a unidade utilizada é de grande capacidade, o lodo não poderá ser lançado no solo e nem nos rios, mas sim encaminhado para um leito de secagem. Eficiência dos Tanques Sépticos A eficiência do tanque séptico é normalmente expressa em função dos parâmetros comumente adotados nos diversos processos de tratamento. Os mais usados são: Sólidos em suspensão e Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO). As quantidades de cloretos, nitrogênio amoniacal, material graxo e outras substâncias podem interessar em casos particulares. 114

24 Sólidos em Suspensão : o tanque séptico, projetado e operado racionalmente, poderá obter redução de sólidos em suspensão em torno de 60 %. Demanda bioquímica de oxigênio (DBO) : a remoção de DBO poderá ser da ordem de 35 a 60 % Filtro Anaeróbio Aparentemente nova, a solução é considerada uma das mais antigas e surgiu simultaneamente a evolução dos filtros biológicos convencionais. O filtro anaeróbio (formado por um leito de brita n o 4) está contido em um tanque de forma cilíndrica ou prismática de seção quadrada, com fundo falso para permitir o escoamento de efluente do tanque séptico (Figura 55). O filtro anaeróbio é um processo de tratamento apropriado para o efluente do tanque séptico, por apresentar resíduos de carga orgânica relativamente baixa e concentração pequena de sólidos em suspensão. As britas n. 4 (50 a 76 mm), reterão em sua superfície as bactérias anaeróbias (criando um campo de microrganismo), responsáveis pelo processo biológico, reduzindo a Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO). Dimensionamento de Filtro Anaeróbio A NBR-7229/93, preconiza para dimensionamento as seguintes fórmulas: Volume útil ( V ) : V = 1,60 N.C.T onde: V = Volume útil (meio filtrante); N = N o de contribuintes; C = Contribuição de despejo, em l/pessoa x dia T = Período de detenção, em dias (Tabela 14) Seção Horizontal ( S ) : S = V 1,80 onde: V = Volume útil calculado em m 3 S = Área da seção horizontal em m 2 115

25 Figura 55 Detalhe de uma Instalação com Filtro Anaeróbio 116

26 Detalhes Construtivos do Filtro Anaeróbio - o tanque tem que ter forma cilíndrica ou quadrada com fundo falso; - leito filtrante (brita n. 4) deve ter altura (a) igual a 1,20m, que é constante para qualquer volume obtido no dimensionamento; - a profundidade útil (h) do filtro anaeróbio é de 1,80m para para qualquer volume de dimensionamento; - diâmetro (d) mínimo é de 0,95m ou a largura (L) mínima de 0,85m; - diâmetro (d) máximo e a largura (L) não devem exceder três vezes a profundidade útil (h); - volume útil mínimo é de 1250 litros; - a carga hidrostática mínima é no filtro de 1 kpa ( 0,10m ), portanto, o nível da saída do efluente do filtro deve estar 0,10 m abaixo do nível de saída do tanque séptico; - fundo falso deve ter aberturas de 0,03m, espaçadas em 0,15m entre si. Eficiência do Filtro Anaeróbio A ABNT considera que os filtros anaeróbios de fluxo ascendente são capazes de remover do efluente do tanque séptico de 70 a 90% da DBO. A eficiência dos filtros só poderá ser constatada 3 meses após o início da operação que é o tempo necessário para o bom funcionamento do mesmo Sumidouro Os sumidouros também conhecidos como poços absorventes ou fossa absorventes, são escavações feitas no terreno para receber os efluentes do tanque séptico, que se infiltram no solo através das aberturas na parede (Figura 56). Dimensionamento de Sumidouro As dimensões dos sumidouros são determinadas em função da capacidade de absorção do terreno (obtida pela Tabela 15 ou Gráfico 5). Como segurança, a área do fundo não deverá ser considerada, pois o fundo logo se colmata. A área de infiltração necessária em m 2 para o sumidouro é calculada pela fórmula: A = onde: V Ci A = Área de infiltração em m 2 (superfície lateral); V = Volume de contribuição diária em l/dia, que resulta da multiplicação do número de contribuintes (N) pela contribuição unitária de esgotos (C), conforme Tabela 11; 117

27 Ci = Coeficiente de infiltração ou percolação ( l/m 2. dia ) obtido no Gráfico 5. O calculo da profundidade (h) do Sumidouro Cilíndrico é : A = π D h h = onde: h = Profundidade necessária em metros; A = Área necessária em m 2 ; D = Diâmetro adotado para o sumidouro. A π D Detalhes Construtivos dos Sumidouros Os sumidouros devem ser construídos com paredes de alvenaria de tijolos, assentes com juntas Figura 56 Detalhe de um Sumidouro Cilíndrico 118

28 livres, ou de anéis (ou placas) pré moldados de concreto, convenientemente furados. Devem ter no fundo, enchimento de cascalho, coque ou brita n. 3 ou 4, com altura igual ou maior que 0,50m. As lajes de cobertura dos sumidouros devem ficar ao nível do terreno, construídas em concreto armado e dotados de abertura de inspeção de fechamento hermético, cuja menor dimensão será de 0,60m. Quando construídos dois ou mais sumidouros cilíndricos, os mesmos devem ficar afastado entre si de um valor que supere três vezes o seu diâmetro e nunca inferior a 6m Vala de Infiltração O sistema de vala de infiltração consiste em um conjunto de canalizações assentado a uma profundidade determinada, em um solo cujas características permitam a absorção do esgoto efluente do tanque séptico. A percolação do líquido através do solo permitirá a mineralização dos esgotos, antes que os mesmos se transforme em fonte de contaminação das águas subterrâneas e de superfície. A área por onde são assentadas as canalizações de infiltração também são chamados de campo de nitrificação. Dimensionamento de Vala de Infiltração Para determinação da área de infiltração do solo, utiliza-se a mesma fórmula do sumidouro, ou seja: A = V/Ci. Para efeito de dimensionamento da vala de infiltração, a área encontrada se refere apenas ao fundo da vala. No dimensionamento tem que se levar em conta as seguintes orientações (Figura 57): - em valas escavadas em terreno, com profundidade entre 0,60 m e 1,00 m, largura mínima de 0,50 m e máxima de 1,00 m, devem ser assentados em tubos de drenagem de no mínimo 100 mm de diâmetro; - a tubulação deve ser envolvida em material filtrante apropriado e recomendável para cada tipo de tubo de drenagem empregado, sendo que sua geratriz deve estar a 0,30 m acima da soleira das valas de 0,50 m de largura ou até 0,60 m, para valas de 1,00 m de largura. Sobre a câmara filtrante deve ser colocado papelão alcatroado, laminado de plástico, filme de termoplástico ou similar, antes de ser efetuado o enchimento restante da vala com terra; 119

29 Figura 57 Detalhe de uma Instalação de Vala de Infiltração 120

30 - a declividade da tubulação deve ser de 1:300 a 1:500; - deve haver pelo menos duas valas de infiltração para disposição do efluente de um tanque - séptico; - comprimento máximo de cada vala de infiltração é de 30 m; - espaçamento mínimo entre as laterais de duas valas de infiltração é de 1,00 m; - a tubulação de efluente entre o tanque séptico e os tubos instalados nas valas de infiltração deve ter juntas tomadas; - comprimento total das valas de infiltração é determinado em função da capacidade de absorção do terreno, calculada segundo a formula A = V / Ci; 10.5 Vala de Filtração Os sistemas de valas de filtrações são constituídos de duas canalizações superpostas, com a camada entre as mesmas ocupada com areia (Figura 58). O sistema deve ser empregado quando o tempo de infiltração do solo não permite adotar outro sistema mais econômico (vala de infiltração) e /ou quando a poluição do lençol freático deve ser evitada. Dimensionamento das Valas de Filtração No dimensionamento das valas de filtração deverão ser consideradas as seguintes recomendações: - a profundidade da vala é de 1,20 m a 1,50 m e a largura na soleira é de 0,50 m; - uma tubulação receptora, com DN 100 do tipo de drenagem, deve ser assentada no fundo da vala; - a canalização receptora é envolvida por uma camada de brita n. 1, vindo em seguida a aplicação da camada de areia grossa de espessura não inferior a 0,50 m, que se constitui no leito filtrante; - uma tubulação de distribuição do efluente do tanque séptico, com DN 100 mm do tipo de drenagem, deve ser assentada sobre a camada de areia; - uma camada de cascalho, pedra britada ou escória de coque, é colocada sobre a tubulação de distribuição, recoberta em toda a extensão da vala com papel alcatroado ou similar; - uma camada de terra deve completar o enchimento da vala; - nos terminais das valas de filtração devem ser instaladas caixas de inspeção; 121

31 Figura 58 Detalhe de uma Instalação de Vala de Filtração 122

32 - o efluente do tanque séptico é conduzido a vala de filtração de tubulação, com no mínimo DN = 100 mm, assente com juntas tomadas, dotadas de caixas de inspeção nas deflexões; - a declividade das tubulações deve ser de 1:300 a 1:500; - efluente do tanque séptico é distribuído equivalentemente pelas valas de filtração, através de caixa de distribuição; - as valas de filtração devem ter a extensão mínima de 6 m por pessoa, ou equivalente, não sendo admissível menos de duas valas para o atendimento de um tanque séptico. 123