Prof. Benito Piropo Da-Rin

Transcrição

1 Prof. Benito Piropo Da-Rin

2 Mesmo nome, diferentes processos (naturezas diferentes, objetivos diversos) o Lagoas aeradas Aerada aeróbia Aerada facultativa o Lagoas anaeróbias o Lagoas de maturação o Lagoas facultativas

3 Lagoas aeradas: estabilizar bioquimicamente Mat. Org. por via aeróbia; O 2 suprido totalmente por aeradores o Aerada aeróbia: sem deposição de sólidos (δ 6-10 w/m 3 ); Variante dos LA sem recirculação; O c = t; X v =φ(t;s i ); Dimensionamento: modelo dos LA o Aerada facultativa: potência suficiente p/ O 2, não p/ homogeneizar: Deposição de sólidos decomposição anaeróbia; ainda variante dos LA (dimensionamento considera carga dos produtos da decomposição no fundo)

4 Lagoa Aerada

5 Lagoa anaeróbia

6 Lagoas anaeróbias: estabilizar Matéria Orgânica bioquimicamente por via anaeróbia o Tanque (em geral escavado); conteúdo totalmente anaeróbio; em geral usada p/ pré-trat/ (baixa Ef.) o Semelhante a fossa séptica; líquido: estabilização parcial anaeróbia; Sol. sed lodo dig. anaer; o Ef= 40-60%DBO (maior no verão) ; H 3m; o Dimensionamento: t = 2-6 d; Tc= 0,1-0,3 kgdbo/m 3.d o Podem gerar odores (principalmente se operadas com altas taxas); Recirculação de 10-40% melhora

7 Sistemas Australiano (Lagoa anaeróbia seguida de lagoa facultativa)

8 Lagoas de Maturação (de Polimento): Objetivo principal não é remover DBO, mas patogênicos ou sólidos sedimentáveis. o Sempre usada após outros processos (em geral, lagoas facultativas ou LA); o Tratamento terciário Polir efluente o Em geral, baixa profundidade (H 1,5m)

9 Lagoas de maturação (Lima)

10 Lagoa de Maturação (Lake Tahoe)

11 LAGOAS FACULTATIVAS o As mais importantes e numerosas o Esgoto bruto: Parte se deposita no fundo formando uma camada de lodo que entra em decomposição (estabilização anaeróbia da MO) Parte é consumida pela população de organismos aeróbios em suspensão usando o oxigênio fornecido pelas algas

12 Lagoa facultativa (ET Cidade de Deus)

13 Lagoas Facultativas Ecossistema Duas camadas: o Aeróbia (próxima à superfície): algas produzem O 2 e consomem CO 2 ; bactérias produzem CO 2 e consomem O 2 ; o Anaeróbia (junto ao fundo): recebe sedimentos da camada superior; libera subprodutos para a camada superior Equilíbrio delicado...

14 Lagoa facultativa

15 Produção de O 2 Fotossíntese; Função de: o Reações fotoquímicas Energia luminosa o Reações bioquímicas (enzimas) Temperatura Logo: Luz e Temperatura podem ser limitantes Prof. max. onde há luz: 2x disco de Secchi

16 Se sobra luz: algas usam apenas 5% a 7% da energia disponível; Abaixo do ponto de compensação: O 2 suficiente só para algas; Ponto de Compensação: 0,5 a 0,7 m (metade da prof. onde há luz)

17 Spring turnover Liberação de compostos solúveis pelo lodo: maior no verão (lei de Arrhenius: 10 o C 2X >) Abaixo de 15 o C inibe atividade anaeróbia Conseqüência: lençol de lodo cresce Primavera: atividade aumenta grande liberação de Matéria Orgânica solúvel sobrecarga Se muito grande, pode romper o equilíbrio (entrar em anaerobiose) ou pelo menos reduzir eficiência

18 Afluente bruto X Efluente anaeróbia X Efluente facultativa

19 Efluente contém: Matéria orgânica estabilizada Compostos minerais Compostos de N e P Eutroficação Bactérias (maior parte não patogênicas) e ALGAS!!! (100 a 300 mg/l) Podem ser um grande inconveniente; se não sobrevivem no CR MO DBO (pode ser maior que a do esgoto bruto) Lagoas facultativas não são eficazes para remover carga orgânica; são conversores de carbono.

20 Efluente da ET Cidade de Deus no Rio Grande

21 Fatores intervenientes: o Controláveis o Parcialmente controláveis o Incontroláveis

22 Não controláveis: climáticos (+ importantes) o Temperatura: o Abaixo de 10 o C desfavorável, inibe atividade o Acima de 35 o C desfavorável (algas morrem) o Insolação fotossíntese (só durante o dia) o Duração do período diurno (tabelas; latitude) o Nebulosidade (dados climáticos) o Evaporação e precipitação (só se afetar t) o Ventos: muito importantes

23 Influência dos ventos: o Localização: Soprar para longe de comprido (não de atravessado ) de jusante para montante o Regime de mistura (Ver esquema)

24 Regime de mistura: em geral todo o conteúdo se mistura por convecção ao menos uma vez por dia; o Se não: Estratificação Térmica (termoclina) o Algas não dotadas de motilidade: morrem o Sobram: as móveis (más produtoras de oxigênio; ex: euglena) o Problema principalmente em regiões quentes.

25 Fatores Parcialmente controláveis (operação) o Características dos esgotos (variação de Q e S i ) o Presença de compostos inorgânicos o Algas: carecem de nutrientes sensíveis à presença de substâncias tóxicas e inibidoras (logo: não indicadas para alguns despejos industriais)

26 Fatores Controláveis: o Forma: preferivelmente retangular, com comprimento 2 a 3X a largura; se impossivel, evitar formação de baías e penínsulas; o Localização: longe de habitações (+ de 500 m), à sotavento; protegida por cerca ou muro; o Permeabilidade do terreno (preocupação somente se não puder encher; depois, colmata) o Profundidade: de 1,2 m a 2,5 m. o Características construtivas.

27 Características construtivas: Revestimento parcial da parede interna do dique.

28 Características construtivas: Dique com sistema de drenagem

29 Características construtivas: Dispositivos de entrada.

30 Características construtivas: Como não fazer (lançamento acima do nível d água).

31 Características construtivas: Interligações.

32 Características construtivas: Dispositivos de saída.

33 Dimensionamento: Os fatores intervenientes são muitos e difíceis de quantificar, o que exige um exame judicioso da situação e um projetista experiente; Critérios de dimensionamento: o Empíricos o Racionais

34 Dimensionamento Taxa de aplicação de DBO: τ em kgdbo/ha.d A = Q. S i τ Nos EUA: τ entre 10 e 60 kgdbo/ha.d OMS: τ variando entre 10 e 300 kgdbo/ha.d em função das características climáticas (tabela) Chile: τ variando de 10 a 260 kgdbo/ha.d em função da região (Chile é dividido em regiões) Brasil: τ variando entre 150 e 300 kgdbo/ha.d em função da localização

35 Dimensionamento: Herman & Gloyna Derivado da observação de lagoa de laboratório em condições ótimas: T = 35 o C / t o = 7 dias / S i = 200 mg/l Aplicabilidade: T= 4 a 35 o C / H= 0,9 a 2,4m / DBO: próxima de 200mg/L V = Q.t 0

36 Dimensionamento: Herman & Gloyna Correções Corrigindo DBO afluente e temperatura do líquido: V S 0. i. = Q. T θ 0,2 (35 T ) Efetuando cálculos (V:m 3 ; Q:m 3 /d; Si:mg/L ; T: o C) V = 3,5x10 2. Q. S.1,085 i (35 T ) Usar: DBO 5 para esgotos pouco concentrados ou decantados; DBO U para esgotos brutos muito concentrados

37 Dimensionamento Marais & Shaw: Considera lagoa reator completamente misturado (a mistura se dá por convecção pelo menos uma vez ao dia, o tempo de detenção é de diversos dias...)

38 Dimensionamento Marais & Shaw: Em um reator completamente misturado, o consumo de substrato é diretamente proporcional à concentração no reator.

39 Dimensionamento Marais & Shaw: Determinação do valor equivalente de K; Este valor é função apenas das médias das temperaturas máximas dos meses mais frio e mais quente do ano, disponíveis para qualquer região do país (Atlas Climatográfico)

40 Dimensionamento Marais & Shaw Lagoas em série: A eficiência cresce rapidamente com o aumento do número de lagoas da série (maior número: melhor) Entretanto: um número demasiadamente grande sobrecarrega a primeira lagoa o Solução: dimensionar a primeira lagoa tão pequena quanto possível (ou seja: aplicando a carga máxima compatível com condições não anaeróbias) e distribuir o restante da carga pelas demais lagoas da série.

41 Dimensionamento Marais & Shaw Lagoas em série: A carga máxima admissível sobre uma lagoa facultativa, determinada empiricamente por Marais, corresponde a uma concentração de substrato no interior da lagoa (e portanto no efluente, já que a lagoa é um reator em mistura completa) igual a: S max 600 = 1,8. H + 8 Onde: H: profundidade (em m) Smax: concentração de DBO efluente (em mg/l)

42 Dimensionamento Marais & Shaw Lagoas em série: Marcha de dimensionamento para lagoas em série: o Arbitrar H (entre 1,2m e 2,5m) o Determinar o valor equivalente de K o Calcular Smax o Fazer Smax=S da primeira lagoa, determinar t 1 o Fixar t 2 =t 3...=t n = 3 d (tempo de geração das algas) o Determinar n por tentativas até que S da última lagoa atinja o valor desejado para o efluente final

43 Dimensionamento Correlação da carga superficial Correlaciona carga aplicada x removida Obtida de estudos estatísticos em lagoas existentes Vantagem: é o que mais se aproxima da realidade Porém...: exige que já existam lagoas na mesma região nas quais se tenha realizado o estudo por um tempo suficientemente longo.

44 Dimensionamento Correlação da carga superficial Gera equações do tipo: CSr = a + bcsa Q. Si Q. S CSr = A A Q. Si CSa = A Si = DBOTotAfluenteÑFiltrada S = DBOEfluenteFiltrada Teoricamente: a = 0 (Quando CSa=0, CSr obrigatoriamente è 0) A existência de valores de a diferentes de zero nas correlações devese a desvios estatísticos e imprecisões nas determinações.

45 Dimensionamento Correlação da carga superficial A correlação deriva de um balanço de massa considerando a variação da massa de substrato em um reator em mistura completa operando em regime permanente ds dt Si = k. S; S = ; V = Q. t X a (1 + k. t) ds V = Q. Si Q. S k. X a. S. V dt ds k. X a = K; V = 0 dt Q. S Q. S = K. S. V i Si S = ; V = Q. t 1+ K. t K. t. Q. Si Q. Si Q. S = ; / A 1+ K. t Q. Si Q. S K. t Q. S = ( ). A A 1+ K. t A CSr = b. CSa i

46 Dimensionamento Correlação da carga superficial - McGarry & Pescod Obtida em 143 lagoas primárias nas regiões temperada e sub-tropical; CSa entre 50 e 500 KgDBO/ha.d; Efic. média.: 72,5% Coef. de correlação: r = 0,995 Correlação McGarry & Pescod CSr = 10,35 + 0,725 CSa 400 Carga Superficial Removida (CSr) Carga Superficial Aplicada (CSa)

47 Dimensionamento Correlação da carga superficial - Yanez Obtida em 8 lagoas primárias e secundárias próximas de Lima, Peru; CSa entre 200 e 1158 KgDBO/ha.d; / Temp. da água: 20 o C; Coef. de correlação: r = 0,9982 Correlação de Yanes CSr = -7,81 + 0,8193 CSa 1200 Carga Superficial Removida (CSr) Carga Superficial Aplicada (CSa)

48 Dimensionamento Correlação da carga superficial - CETESB Obtida em 9 lagoas primárias e secundárias no Estado de SP/BR; CSa entre 75 e 500 (Lag. Prim) e 50 a 320 (Lag. Sec) KgDBO/ha.d Coef. de correlação: / r = 0,976 Lprim / r = 0,9873 LSec Correlação de Yanes CSr = -7,81 + 0,8193 CSa 1200 Carga Superficial Removida (CSr) Carga Superficial Aplicada (CSa)

49 Dimensionamento Correlação da carga superficial - Mara & Silva Obtida em lagoas experimentais na Cidade de Campina Grande, Paraíba; Correlação de Mara & Silva CSr = 2 + 0,79 CSa Carga Superficial Removida (CSr) Carga Superficial Aplicada (CSa)

50 Dimensionamento Carga máxima aplicável: Valor acima do qual a lagoa corre o risco de se tornar completamente anaeróbia

51 Dimensionamento Carga máxima aplicável - McGarry & Pescod Obtida em função da temperatura média mensal do ar em o C CSa max = 400,5x1,0992 ( T 20) KgDBO / ha. d

52 Dimensionamento Carga máxima aplicável - YANEZ Obtida em função da temperatura média mensal da água em o C) O valor 357,4 kgdbo/ha.d (que, para 20 o C corresponde à carga a partir da qual prevalecem as condições anaeróbias) foi obtido considerando que acima desta carga a concentração de N-NH 3 no efluente é maior que no afluente, indicando predomínio da atividade anaeróbia. CSa max = 357,8x1,085 ( T 20) KgDBO / ha. d

53 Dimensionamento Carga máxima aplicável Valores empíricos CETESB: cargas máx. recomendadas para o Estado de SP Lagoas Primárias: CSa max = 250 KgDBO/ha.d Lagoas Secundárias: CSa max = 150 KgDBO/ha.d Mara & Silva: carga máx. recomendada p/ a região NE CSa max = 400 KgDBO/ha.d

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