II ESTRATIFICAÇÃO TÉRMICA EM LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO: INFLUÊNCIA DA SAZONALIDADE NO FENÔMENO

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1 II ESTRATIFICAÇÃO TÉRMICA EM LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO: INFLUÊNCIA DA SAZONALIDADE NO FENÔMENO Liliana Pena Naval (1) Doutorada pela Universidad Complutense de Madrid em Engenharia Química, professora titular do curso de Engenharia Ambiental da Universidade do Tocantins. Sérgio Carlos Bernardo Queiro Acadêmico do curso de Engenharia Ambiental, Universidade do Tocantins, bolsista do CNPq. Vanessa Marques da Silv Acadêmico do curso de Engenharia Ambiental, Universidade do Tocantins, bolsista do CNPq. Endereço (1) ARSE 102; QI 48; Lt. 11; Al. 19. CEP: Palmas TO - Brasil. Tel: (63) liliana@unitins.br RESUMO Um dos fenômenos que mais interfere no funcionamento de lagoas de estabilização é a estratificação térmica, que é definido como o processo de gradeamento das temperaturas da superfície e do fundo de um lago. O grande problema que a estratificação térmica causa em Lagoas de Estabilização é a mudança na velocidade das reações bioquímicas ocasionando assim uma diminuição da zona ativa do sistema. O presente estudo visa identificar o perfil das temperaturas em um sistema composto por três lagoas trabalhando em série (anaeróbia, facultativa e maturação), na cidade de Palmas TO. Para a realização do trabalho foram feitas coletas nictemerais tanto no período seco como no chuvoso, para avaliar a influência da sazonalidade no processo de Estratificação Térmica. O sistema apresentou em média uma diferença de temperatura de 2 C entre as diferentes profundidades estudadas, sendo que as maiores temperaturas foram encontradas na superfície da lagoa no horário das 15:00h (38 C), e as menores às 03:00h na profundidade de 150cm ( C). A partir da identificação do perfil de temperaturas, podemos concluir que a estratificação térmica não ocorreu significativamente no sistema, de forma que o volume útil das lagoas não foi comprometido. PALAVRAS-CHAVE: Lagoas de Estabilização, Estratificação Térmica, Sazonalidade. INTRODUÇÃO Lagoas de estabilização consistem em reservatórios de pequena profundidade, construídos em diques de terra e fundo compactados e impermeabilizados, e constituem-se na forma mais simples para o tratamento de esgotos, (VON SPERLING,1996). As águas residuárias ali despejadas são estabilizadas biologicamente pela atuação de bactérias (anaeróbias, aeróbias ou facultativas). De acordo com a forma que o esgoto é tratado, as lagoas de estabilização podem ser classificadas em diferentes categorias. Se a degradação da matéria orgânica ocorre sem a presença de oxigênio a lagoa é dita anaeróbia. Se a lagoa for formada por duas camadas distintas, uma com presença de oxigênio e a outra sem o oxigênio, ela é chamada de lagoa facultativa. E quando as condições são estritamente aeróbias as lagoas são denominadas de lagoas de maturação. O Sistema em estudo foi inicialmente projetado com três (03) lagoas facultativas em paralelo, sendo que depois ele foi induzido a operar em série, passando a ser uma anaeróbia, uma facultativa e a última em lagoa de maturação primária. No entanto, apesar das mudanças com relação às características biológicas, que estão intimamente relacionadas a seu funcionamento, essas lagoas continuam apresentando a mesma estrutura físicas. Tabela 1- Características físicas das Lagoas de Estabilização. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 1

2 Comp. de fundo(m) Largura de fundo(m) Profundidade da Declinação do Lagoa lagoa (m) talude Anaeróbia 146,60 84,00 1,50 1:2 Facultativa 148, 77,60 1,50 1:2 Maturação 175,00 64,00 1,50 1:2 O estudo dos processos de transferência de energia em lagoas de estabilização é de fundamental importância para avaliar o funcionamento e a eficiência destes sistemas. E um dos fenômenos que mais interfere nestas transferências de energia é a estratificação térmica, que segundo ESTEVES (1988), é definido como o processo de gradeamento das temperaturas da superfície e do fundo de um lago. No entanto, embora as lagoas de estabilização apresentem pequena profundidade, a alta turbidez dessas unidades de tratamento proporcionam condições favoráveis a ocorrência desse fenômeno, (KELLNER & PIRES, 00). Como as lagoas sofrem diretamente a ação do clima do local onde se encontram a ocorrência da estratificação térmica pode ser mais acentuada. O período de estratificação térmica caracteriza-se pela existência de várias camadas diferentes, descritas abaixo: Epilimnion: camada superior, caracterizada por uma temperatura uniforme e quente. Hipolimnion: camada inferior, mais fria e mais densa. Metalimnion: camada localizada entre o epilimnion e o hipolimnion, camada de transição entre a superfície e o fundo do lago. Esta camada é marcada por uma grande descontinuidade de temperatura, que é chamado de termoclina. A estratificação térmica afeta o comportamento dos processos biológicos das lagoas de estabilização. Segundo VON SPERLING (1996), as algas por serem sensíveis a mudanças de temperatura são influenciadas pela estratificação, da seguinte forma: As algas não motoras sedimentam, atingindo a zona escura da lagoa, deixando de produzir oxigênio, e implicando, pelo contrário, no consumo do mesmo. As motoras tendem a fugir da camada mais superficial ( a 50cm) de elevada temperatura (eventualmente C), formando uma densa camada de algas, a qual dificulta a penetração da energia solar. Ainda segundo VON SPERLING (1996), devido a estes aspectos, em lagoas estratificadas há uma baixa presença de algas na zona fótica, o que reduz a produção de oxigênio do sistema, e em conseqüência a sua capacidade de estabilizar a matéria orgânica. Em locais com pouco ou nenhum vento na superfície da lagoa, esta permanece estratificada. O grande problema que a estratificação térmica causa em Lagoas de Estabilização é a mudança na velocidade das reações bioquímicas ocasionando assim uma diminuição da zona ativa (volume útil) do sistema. O presente estudo visa identificar o perfil das temperaturas em um sistema composto por três lagoas trabalhando em série (anaeróbia, facultativa e maturação), na cidade de Palmas TO. MATERIAIS E MÉTODOS O trabalho foi realizado em um sistema de três lagoas em série (anaeróbia, facultativa e maturação), para o tratamento de águas residuárias domésticas na cidade de Palmas - TO. Como o estado do Tocantins possui duas estações climáticas bem definidas, uma seca (maio - outubro) e uma chuvosa (novembro - abril), foram realizadas coletas nictemerais mensais no período de dezembro de 00 a novembro de 01, nas três lagoas do sistema, e nas seguintes profundidades: 150cm, cm e 5cm. Os dados de temperatura foram obtidos com o auxílio de um termômetro de mercúrio, e para coletar nas diferentes profundidades foi utilizado um coletor que era submergido nas lagoas. O referido coletor consiste em um cano de pvc acoplado a uma válvula. RESULTADOS E DISCUSSÕES Os resultados aqui apresentados são valores médios encontrados durante o período de amostragem. Para avaliar a influencia da sazonalidade no processo de estratificação térmica, comparou-se os dados do período chuvoso com dados do período seco, já que as médias de precipitação nestes períodos são 246mm e 14mm respectivamente, podendo interferir significativamente na dinâmica da lagoa. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 2

3 Figura 1: Perfil nictemeral de temperatura na estação seca da Lagoa Anaeróbia. Horários (hs ) 5 cm cm 150 cm Figura 2: Perfil nictemeral de temperatura na estação chuvosa da Lagoa Anaeróbia. 5 cm cm 150 cm Os Gráficos 1 e 2, mostram como a lagoa anaeróbia se comportou nas duas estações climáticas. Podese verificar a presença de um forte gradiente térmico encontrado no perfil da lagoa, principalmente das 9:00h até às 18:00h. Este gradiente está mais presente na estação chuvosa devido a que neste período as condições climáticas mudam constatemente durante o dia afetando a temperatura da massa líquida da lagoa. Figura 3: Perfil nictemeral de temperatura na estação seca da Lagoa Facultativa. 5 cm cm 150 cm ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 3

4 Figura 4: Perfil nictemeral de temperatura na estação chuvosa da Lagoa Facultativa. Temperatura ( ) 5 cm cm 150 cm Nestes Gráficos, que expressam os dados obtidos na lagoa facultativa, as temperaturas nas diferentes profundidades estão bem distintas, sendo que na maioria dos horários à superfície (5cm), obteve temperaturas maiores do que à cm e 150cm, a não ser às 9:00h e às 12:00h. Em relação à sazonalidade, a lagoa apresentou semelhanças no perfil de temperaturas, tanto na estação seca como na estação chuvosa. Figura 5: Perfil nictemeral de temperatura na estação seca da Lagoa de Maturação. horários(hs) 5 cm cm 150 cm Figura 6: Perfil nictemeral de temperatura na estação chuvosa da Lagoa de Maturação. 5 cm cm 150 cm ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 4

5 Na lagoa de maturação a ocorrência da estratificação térmica pode trazer grandes problemas para um bom funcionamento do sistema. Quando há um gradiente térmico, a lagoa fica separada por diferentes camadas com densidades distintas, e como elas foram projetadas para trabalhar com toda coluna de água uniforme, a divisão da massa líquida não proporciona uma boa eficiência da lagoa. Como podemos observar tanto na estação seca quanto na chuvosa apenas nos dois últimos horários ocorreu a estratificação, justamente nos horários de maior insolação do dia. CONCLUSÕES Após a identificação do perfil vertical da temperatura no sistema em estudo nas diferentes estações climáticas, conclui-se que: Nas três lagoas de estabilização estudadas, só ocorreu um elevado gradiente de temperatura levando a estratificação térmica, em alguns horários do dia. Pelo sistema só apresentar estratificação térmica durante uma parte do dia, o tempo de detenção hidráulico proposto pelo projeto não fica comprometido. Com relação à sazonalidade, pode-se verificar que o fenômeno de estratificação térmica aconteceu com mais intensidade no período chuvoso, principalmente na lagoa anaeróbia. A pouca ocorrência da estratificação, deve-se ao fato de que as lagoas possuem uma profundidade baixa, impedindo a formação de um gradiente térmico. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. ESTEVES, F.A.(1988). Fundamentos de Limnologia. Rio de Janeiro: Interciência: FINEP. 2. KELLNER, E; PIRES, E.C.(00). Desenvolvimento de modelo para determinação do perfil vertical de temperatura e do volume útil de lagoas de estabilização. Engenharia Sanitária e Ambiental. ABES. Vol 4 Nº 1 Jan/Mar e Nº 2 Abr/. 3. VON SPERLING, M. Lagoas de Estabilização. Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental; Universidade Federal de Minas Gerais: Volume3. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 5