Tratamento Secundário de Esgotos: Lagoas Aeradas e Balanço de Massa

TRATAMENTO DE ÁGUAS RESIDUÁRIAS LOB1225 G Aula 12 Tratamento secundário de esgotos Lagoas aeradas Lagoas aeradas Lagoas aeradas Jarinu TRATAMENTO DE ESGOTOS DE JUNDIAÍ Lagoas de decantação Lagoas aeradas Itapetininga Sistemas de lagoas aeradas mecanicamente seguidas de lagoas de decantação 7 Lagoas aeradas Classificação Lagoas aeradas Classificação Lagoas aeradas facultativas Floco biológico em suspensão na fase líquida Floco biológico sedimentado no fundo da lagoa Características das lagoas aeradas 10 Aeradores de eixo horizontal Lagoas aeradas Processo aeróbio Crescimento em suspensão Flocos biológicos Não há retenção de biomassa no sistema Sistema de aeração Ar difuso Aer ação superficial Lodos ativados x lagoas aeradas Condições ambientais Hipóteses para o modelo cinético 15 Esquema para balanço de massa Balanço de massa de substrato Taxa de Entrada de Substrato na Lagoa Taxa de Saída de Substrato na Lagoa Taxa de Remoção de Substrato na Lagoa QS0 QSe V St Taxa de utilização ou remoção de substrato por unidade de volume K Máxima taxa de utilização de substrato por unidade de massa de microrganismos e de tempo tempo¹ Ks Constante de saturação que é a concentração de substrato para a qual a taxa de utilização de substrato por unidade de massa de microrganismos é a metade de K massavolume Comportamento de taxa de remoção de substrato por unidade de massa de microrganismos e de tempo 18 S0Se KSeXVt Para o caso particular de Ks Se a taxa específica de remoção de substrato pode ser aproximada para StXV KKsSe kSe A hipótese de Ks Se é verificada para baixa concentração de DBO solúvel no efluente que para lagoas areadas aeróbias tratando esgotos domésticos se observa para tempos de detenção superiores a 2 dias Se Ks Se a taxa específica de remoção de substrato é uma reação de primeira ordem em relação a Se e para este caso particular temse S0Se kSe Balanço de biomassa na lagoa aerada 21 Alguns autores k kXV S0Set kSe K Coeficiente da taxa global de remoção de substrato t¹ Os valores de k variam com a temperatura e a sua correção pode ser feita por kT2 kT1θT2T1 Θ Coeficiente de temperatura Tempo de detenção x DBO solúvel do efluente 22 Variação das concentrações de SSV XV e de substrato Se em função do tempo de detenção t em uma lagoa aerada aeróbia 23 ST Se p Xv Aeração Alta e baixa rotação aspirado fixo ou flutuante ar difuso 25 Estimativa da temperatura da lagoa aerada 26 Valores de parâmetros determinados para lagoas aeradas aeróbias tratando esgotos domésticos 27 Valores da DBO solúvel do efluente de lagoas aeradas aeróbias tratando efluentes domésticos 28 Alem Sobrinho e Muñoz tempos de detenção entre 1 e 36 d 75 dos sólidos em suspensão na lagoa aerada são voláteis 29 Influência dos SSV na DBO do efluente da lagoa aerada 30 Alem Sobrinho e Muñoz DBO do efluente decantado de 12 a 15 mgL para tempo de detenção entre 2 e 4 dias Em escala real DBO do efluente de lagoas de decantação 30 a 40 mgL 31 Projeto de lagoas aeradas aeróbias 32 Tempo de detenção de 25 a 3 dias para a vazão do dia de maior consumo que corresponde a cerca de 30 a 35 dias para vazão média Concentração de sólidos na lagoa aerada 34 Rr aQS0 Remoção de sólidos em suspensão do efluente de lagoas aeradas e quantidade de lodo retirado 36 Dimensionamento das lagoas de decantação 37 Para minimizar o problema de desenvolvimento de algas recomendase um tempo de detenção máximo de 2 dias No início ou reinício de operação da lagoa quando não se tem lodo acumulado na lagoa o tempo de detenção não deve ultrapassar 2 dias É recomendável trabalhar com níveis variáveis de lagoa de decantação de modo a manter sempre um tempo de detenção próximo a 1 dia aumentandose o nível operacional da lagoa conforme aumenta o volume de lodo nela depositado Para controle de odores é recomendável na maioria dos casos uma altura mínima de água sobre lodo de cerca de 10 m porém em climas muito quentes uma altura de 20 m apresenta maior segurança Essa altura de água sobre a camada de lodo propicia a oxidação do sulfeto produzido na digestão anaeróbia do lodo retido na lagoa Profundidade das lagoas de decantação 3 a 5 m Devemse evitar comprimentos muito grandes da lagoa na direção dos ventos predominantes Ventos muito fortes tendem a aumentar a concentração de sólidos em suspensão no efluente das lagoas de decantação Lodo a ser removido das lagoas de decantação 40 Remoção do lodo das lagoas de decantação 41 Balsa para remoção do lodo Exemplo de dimensionamento Jakko Poyry Parâmetros de projeto para as lagoas aeradas aeróbias 45 Modulação Cálculo do volume da lagoa Estimativa dos tempos de detenção resultantes 47 Estimativa da temperatura da massa líquida 48 Estimativa do coeficiente de taxa específica de remoção de substrato à temperatura de projeto 49 Estimativa de DBO5 solúvel do efluente 50 Estimativa da concentração de sólidos suspensos voláteis SSV na lagoa 51 Estimativa da DBO total do efluente 52 Estimativa da eficiência de remoção de DBO5 das lagoas aeradas 53 Estimativa da concentração de SST na lagoa Xt 54 Estimativa da concentração de SST na lagoa Xt 55 Estimativa da massa anual de SSV e SSF no efluente das lagoas aeradas 56 Dimensionamento do sistema de aeração 57 Modelo Rotação rpm Potência CV N₀ kgO₂kWh Zmc m Zdo m Altura do Líquido m 1 1200 5 23 151 355 38 2 1200 75 23 169 382 38 3 1200 10 23 204 435 38 4 1200 15 23 213 471 38 N₀ taxa de transferência de OD nas condições padrão OD zero água limpa 20C Zmc zona de mistura completa Zdo zona de dispersão de oxigênio Escolha dos aeradores e densidade de potência 59 Estimativa da capacidade de oxigenação para as condições de operação 60 Estimativa da capacidade de oxigenação para as condições de operação 61 Estimativa da quantidade de O2 necessária 62 Dimensionamento alternativo do sistema de aeração 63 Etapa Ano Vazão Média m³dia DBO₅ Afluente mgL Carga de Sólidos Afluente kgano MXᵥ MXᶠ MXᵗ Início do Plano 2000 2609 103 267592 114274 381866 Final do Plano 2020 2894 107 298936 127814 426750 Modulação Implantação 2 módulos em uma única implantação no início do plano Cada módulo uma lagoa areada seguida de uma lagoa de decantação O funcionamento dos módulos é em paralelo Vazão nominal por módulo 1500 m³d Início do plano 2 módulos 1500 x 2 3000 m³d Final do plano 2 módulos 1500 x 2 3000 m³d Parâmetros de projeto para as lagoas de decantação 66 Cálculo do volume da lagoa Para 1 módulo V Q x td 1500 x 20 3000 m³ Dimensões da lagoa base 580 m x 5280 m coroamento 2500 m x 7200 m linha dágua prof mínima 250m 1580 m x 6280 m prof normal 380m 2100 m x 6800 m prof máxima 430m 2300 m x 7000 m borda livre 050 m para a profundidade máxima inclinação dos taludes 1V 2H Estimativa dos tempos de limpeza das lagoas de decantação 68 Massa de sólidos depositada em processo de decomposição anaeróbia ano a ano 69 Massa de sólidos depositada nas lagoas de decantação entre limpezas 70 Lodo depositado nas lagoas de decantação 71 Balanço de sólidos Pelo cálculos estimativos efetuados conforme demonstrativos apresentados nos quadros a seguir podese efetuar um balanço de sólidos com estimativa dos volumes ocupados pelo lodo ano a ano no fundo das lagoas Assim podemse prever as épocas de limpeza Também podemse estimar os tempos de detenção ano a ano para verificação da faixa de variação entre 10 e 20 dias Estimativa do volume ocupado pelo lodo 73 Estimativa do volume ocupado pelo lodo 74 Estimativa da contribuição per capita dos SSV depositados e digeridos nas lagoas de decantação 75 Estimativa da redução de SS e DBO no sistema de tratamento 76 Bibliografia JORDÃO EP PESSÔA CA Tratamento de Esgotos Domésticos 4ª ed Rio de Janeiro Segrac 2005 PIVELI RP SOUZA TSO Lagoas de estabilização Aula 5 Disciplina Tratamento de Esgotamento Sanitário PHA 3413 Departamento de Engenharia Hidráulica e Ambiental Escola Politécnica Universidade de São Paulo 2017 77 Bibliografia VON SPERLING M Princípios do Tratamento Biológico de Águas Residuárias Belo Horizonte Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental Universidade Federal de Minas Gerais 78