UNIVERSIDADE FEDERAL DE MATO GROSSO FACULDADE DE ARQUITETURA, ENGENHARIA E TECNOLOGIA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL DISCIPLINA: TRATAMENTO DE ÁGUAS RESIDUÁRIAS DOCENTE RESPONSÁVEL: Prof. Msc. LOURIVALDO BERNADINO
Discente: GUILHERME AUGUSTO TEODORO GIACOMETI
PROJETO DIMENSIONAMENTO DIMENSIONAMENTO DE LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO
DEZEMBRO/2014 CUIABÁ – MT
Sumário
1.
INTRODUÇÃO........................................................................................................................................ 3
2.
MEMORIAL DESCRITIVO ....................................................................................................................... 4
2.1.
LAGOAS DE ESTABILZAÇÃO .............................................................................................................. 4
2.2.
LAGOA FACULTATIVA ....................................................................................................................... 5
2.3.
LAGOA DE MATURAÇÃO .................................................................................................................. 7
3.
MEMORIAL DE CÁLCULO .............................................................................................................. 9
4.
MANUAL DE OPERAÇÃO LAGOA FACULTATIVA E MATURAÇÃO ...................................................... 11
4.1.
ATIVIDADES DIÁRIAS DO OPERADOR ............................................................................................ 12
4.2.
LIMPEZA DAS LAGOAS ........................................................................................................... 15
5.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ............................................................................................ 16
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1. INTRODUÇÃO Com o aumento do consumo de água por parte de todos os setores da sociedade, população em geral, indústria e agropecuária, cresce também a problemática dos resíduos líquidos que são gerados mediante a esse consumo exacerbado de água. Visando a solução e ou remediação dessas problemáticas, foram criados inúmeros métodos de tratamento desse efluente, neste projeto dimensionaremos um sistema conhecido com lagoas de estabilização, no qual todo seu tratamento é realizado de forma natural, por meio de microorganismos presentes nos efluentes que chegam até a estação de tratamento de esgoto. Com tal aplicação desse sistema de tratamento visamos primeiramente a proteção ambiental por parte do não contaminação/poluição do esgoto nos corpos hídricos tanto subterrâneos quanto superficiais, além de preservar também a imagem do município perante a população, eliminando maus cheiros, e má visão estratégica da cidade. Por se tratar de um dimensionamento de lagoas de estabilização para tratar um efluente doméstico, sem grandes concentrações de cargas orgânicas nem outros contaminantes, foi adotado para esse projeto uma variação do conhecido sistema australiano, apresentando uma lagoa facultativa seguida de uma lagoa de maturação. Sendo a lagoa facultativa para redução da DBO e a lagoa de maturação sendo responsável pela redução de microorganismos que possam causar doenças e malefícios a população.
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2. MEMORIAL DESCRITIVO 2.1.
LAGOAS DE ESTABILZAÇÃO Os sistemas de lagoas de estabilização constituem-se na forma mais simples para
rateamento de esgotos, apresentando diversas variantes com diferentes níveis de simplicidade operacional e requisitos de área. ⇒ Principais Sistemas
Lagoas Facultativas
Lagoas Anaeróbias – Lagoas Facultativas
Lagoas Aeradas Facultativas
Lagoas Aeradas de Mistura Completa – Lagoas de Decantação
Lagoa de Maturação
⇒ Aspectos Relevantes às Condições Brasileiras
Disponibilidade de área
Clima favorável (temperatura e insolação)
Operação simples
Pouca mecanização
5 Podem ser definidas como um corpo d’agua iêntico, construído pelo homem, destinado a
armazenar resíduos líquidos de natureza orgânica – esgoto doméstico bruto, sedimentado, despejos industriais – que são tratados por processos físicos, biológicos e bioquímicos, denominados “estabilização”.
Esses processos naturais, sob condições parcialmente, controlados, são responsáveis pela transformação de compostos orgânicos putrescíveis em compostos minerais ou orgânicos mais estáveis. As lagoas de estabilização são habitadas por vários tipos de organismos vivos – bactérias, algas e etc – que coexistem de interação entre eles e o próprio meio ambiente. Essas comunidades de seres vivos, assim como os seres humanos, está sujeita a continuas mudanças e é difícil predizer, com certeza, quando e como eles ocorrerão. Os principais fatores que afetam os organismos desse meio ambiente e, em consequência, a própria eficácia são:
Disponibilidade de energias e nutrientes para o seu crescimento: mudança no tipo de resíduos;
Efeitos das interações entre os próprios seres vivos da comunidade;
Mudanças ambientais de natureza física, tais como temperatura, umidade e radiação solar;
Mudanças sazonais na operação das lagoas.
2.2. LAGOA FACULTATIVA Neste processo, o esgoto afluente entra continuamente em uma extremidade da lagoa e sai continuamente na extremidade oposta. Ao longo deste percurso, que demora vários dias, uma série de eventos contribui para a purificação dos esgotos. Parte da matéria orgânica em suspensão tende a sedimentar, vindo a constituir o lodo de fundo. Este lodo sofre processo de decomposição por microorganismos anaeróbios. A matéria orgânica dissolvida, conjuntamente com a matéria orgânica em suspensão de pequenas dimensões, não sedimenta, permanecendo dispersa na massa líquida, onde
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sua decomposição se dá por bactérias facultativas, que têm a capacidade de sobreviver tanto na presença, quanto na ausência de oxigênio. Tem de 1,5 a 3 metros de profundidade. O termo "facultativo" refere-se à mistura de condições aeróbias e anaeróbias (com e sem oxigenação). Em lagoas facultativas, as condições aeróbias são mantidas nas camadas superiores das águas, enquanto as condições anaeróbias predominam em camadas próximas ao fundo da lagoa. Embora parte do oxigênio necessário para manter as camadas superiores aeróbias seja fornecido pelo ambiente externo, a maior parte vem da fotossíntese das algas, que crescem naturalmente em águas com grandes quantidades de nutrientes e energia da luz solar. As bactérias que vivem nas lagoas utilizam o oxigênio produzido pelas algas para oxidar a matéria orgânica. Um dos produtos finais desse processo é o gás carbônico, que é utilizado pelas algas na sua fotossíntese. Este tipo de tratamento reduz grande parte do lodo, e é ideal para comunidades pequenas, normalmente situadas no Interior do Estado.
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2.3. LAGOA DE MATURAÇÃO As lagoas de maturação são empregadas no tratamento terciário dos esgotos possibilitando o polimento do efluente tratado, sendo sua função principal a remoção de patogênicos. Porém, a remoção dos nutrientes contidos nos esgotos afluentes não é muito efetiva, razão pela qual o presente estudo objetiva obter a melhoria da remoção de amônia e fosfato via modificação da lagoa de maturação por meio de placas de PVC. As placas possibilitam o desenvolvimento de um biofilme, e este incorpora N e P em sua biomassa e/ou favorecem processos de nitrificação. Foram estudadas uma lagoa de maturação com placas de PVC (LMB), e uma lagoa convencional como controle (LM), ambas com volume útil de 7,60m3 e área superficial de 15,2m2 (profundidade de 0,5m, comprimento de 9,5m e 1,60m de largura). Os suportes na LMB foram colocados verticalmente e abaixo da superfície da água no sentido longitudinal da lagoa, totalizando 30m2 de área de suporte para aderência de biofilme, correspondente a duas vezes a área superficial da lagoa. Tanto LM quanto LMB foram operadas em paralelo, com tempo de detenção hidráulica (TDH) de 10 dias e uma vazão de 31,7 L/h. Como afluente destas lagoas utilizouse o efluente de uma lagoa facultativa piloto provida de chicanas (LF) com volume útil de 10,99m3, área superficial de 10,5m2 e profundidade de 1,05m., que operou sob um TDH de 5 dias e com uma vazão de 91,6 L/h. A LF foi alimentada com efluente proveniente da lagoa anaeróbia (LA) da ETE Continental de Florianópolis. Semanalmente "in situ", foram medidos oxigênio dissolvido, transparência por disco de Secchi e temperatura das lagoas (LF, LMB e LM). Em laboratório foram analisados os seguintes parâmetros: DBOt, DBOs, DQOt, DQOs, ST, STV, STF, SS, N-NH4+, N-NO2-, N-NO3-, P-PO43- Clorofila a, pH, alcalinidade total, coliformes totais e fecais, condutividade e turbidez. Foi efetuado estudo por microscopia ótica qualitativa para identificação de organismos em LF, LMB e LM. Realizou-se também um estudo de Fish, para a identificação de microrganismos do biofilme, bem como, perfis longitudinal/ horário e de estratificação térmica (variação nictemeral) em pontos determinados na LMB e LM. Ao logo do estudo a qualidade sanitária do efluente, medida por meio de
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indicadores de Coliformes fecais foi satisfatória. O sistema apresentou eficiência de 92,5% e 91,1% para LMB e LM, respectivamente. A eficiência na transformação de nitrogênio amoniacal foi de 53,5% (LMB) e 47,2% (LM). Como resultado do Fish foram encontradas raras células hibridizadas de Nitrospina sp. De um modo geral, a LMB apresentou resultados mais eficazes na remoção de patogênicos e na transformação de nitrogênio amoniacal. Os resultados indicam que, além de processos de evaporação e fixação de amônia, possivelmente houve também processo de nitrificação em LMB, fato que pode ser confirmado pela existência de Nitrospina sp. responsável pela nitrificação no biofilme. Os resultados obtidos na avaliação do perfil longitudinal e horário demonstraram que seria conveniente a realização de mais um perfil para uma avaliação pela ANOVA (análise de variância) com o intuito de determinar a hidrodinâmica das lagoas. No perfil nictemeral, para as diferentes profundidades, pode-se verificar que os fatores que influenciaram fortemente as condições de funcionamento das lagoas foram à temperatura e a intensidade solar. O desenvolvimento deste estudo permitiu um melhor entendimento dos fatores que interferem no processo de tratamento de esgoto sanitário através de lagoas de maturação.
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3. MEMORIAL DE CÁLCULO
DADOS DE ENTRADA População inicial (hab)
Horizonte de Projeto (anos)
População Final (hab)
per capita (L/hab.dia)
Coeficiente de retorno
10.000
15
10.600
220
0,8
Vazão da ETE (m³/dia)
DBO afluente (S0 - mg/L)
Temperatura (T - °C)
Coliformes fecais (N0)-(CF/100ml)
1.866
350
25
5,E+07
LAGOA FACULTATIVA (2 em paralelo) Etapa
Cálculo
Fórmula
Sigla
Valor
Unidade
carga = concentração (S0) * Q
L
652,96
Kg/dia
Ls
220,00
kgDBO5/ha.dia
A
29.680,00
m²
H
1,80
m
volume = A * H
V
53.424,00
m³
tempo = V/Q
t
28,64
dias
1
Carga afluente de DBO5
2
Adoção da taxa de aplicção superficial
3
Área Requerida
4
Adoção de um valor de profundidade
5
Volume resultante
6
Tempo de detenção resultante
7
Adoção de um valor para o coeficiente de remoção de DBO
K
0,35
8
Correção para temperatura de 25°C
KT
0,45
θ
1,05
-
S
31,75
mg/L
DBOp
28,00
mgDBO5/L
DBOte = S + DBOp
DBOt
59,75
mg/L
Eficiencia = (S0-S)/S0
E
90,93
%
Proportção de 2,5 (L/B)
B
77
m
8.1
área = carga/taxa de aplicação
KT = K20 * θ ^(temp -20)
Adoção de um coeficiente para temperatura
9
Estimativa da DBO soluvel efluente
10
Estimativa da DBO particulada efluente
11
DBO total efluente
12
Eficiencia de remoção da DBO
13
Dimensões das Lagoas (2)
DBOs = S0/(1+K*t)
−1
−1
13.1
Duas lagoa funcionando em paralelo. Medidas para 1 lagoa
L
193
m
14
Área total requerida para todo o sistema, cerca de 25% > A
At
37.100,00
m²
15
Área per capita
Ap
3,50
m²/hab
16
Acumulo de lodo anual
0,05 m³/hab * População final
530,00
m³/ano
17
Acumulo de lodo final de projeto
Lodo anual * horizonte
7.950,00
m³/20 anos
18
Espessura em 1 ano
Acumulo 1 ano/ A
1,79
cm/ano
19
Espessura final de projeto
Espessura 1 ano * horizonte
35,71
cm/20 anos
20
Taxa de preenchimento de lodo em 20 anos
19,84
%
Ap = At / População final
10
21
Remoção de coliformes nas Lagoas Facultativas
21.1
Numero de dispersão
d = 1/(L/B)
d
0,40
-
21.2
Coeficiente de remoção de coliformes
Kb = 0,542 * H^-1,259
Kb
0,26
21.3
Correção para temperatura de 25°C
Kbt = Kb20 * θ ^ (t -20)
Kbt
0,36
21.4
Concentração efluente de Coliformes
a = RAIZ(1+4*K*t*d)
a
4,13
-
N = N0 * ((4*a)*e^(1/2*d) / ((1+a)²*e^(a/2*d) - ((1-a)²*e^(-a/2d))
N
6,1E+05
CF/100ml
E
98,77
%
Fórmula
Sigla
Valor
Unidade
V = t de detenção (12 dias) * Q
V
22.387,20
m³
A = V/H
A
22.387,20
m²
H
1,00
m
B
150
m
L
150
m
L/B = L/B * (n+1)² | n = chicanas
(L/B)i
16
-
3 chicanas
Bi
37
m
4 trechos
Li
150
m
L * n de trechos
L
600
m
At
27.984,00
m²
21.5 26
Eficiência de remoção de coliformes
E = ((N0-N)/N0)*100
−1
−1
LAGOA MATURAÇÃO (com chicanas) Etapa
Cálculo
1
Volume
2
Área superficial
3
Adotar valor de profundidade
4
Dimensões da Lagoa externas
Proportção de 2,5 (L/B)
5 5.1
5.2 6
Dimensões da Lagoa internas
Comprimento total do sistema
Área total requerida para todo o sistema, cerca de 25% > A
21
Remoção de coliformes na Lagoa de Maturação
21.1
Numero de dispersão
d = 1/(L/B)
d
0,06
-
21.2
Coeficiente de remoção de coliformes
Kb = 0,542 * H^-1,259
Kb
0,54
21.3
Correção para temperatura de 25°C
Kbt = Kb20 * θ ^ (t -20)
Kbt
0,36
21.4
Concentração efluente de Coliformes
a = RAIZ(1+4*K*t*d)
a
1,45
-
N = N0 * ((4*a)²*e^(1/2*d) / ((1+a)²*e^(a/2*d) - ((1-a)²*e^(-a/2d))
N
1,2E+02
CF/100ml
E = ((Nf-Nm)/Nf)*100
E
99,98
%
Eg = ((N0-Nm)/N0)*100
Eg
100
%
-LOG(1-Eg/100)
logr
5,61
log removidas
21.5 26
Eficiência de remoção de coliformes
27
Eficiência de remoção global
28
Unidades log removidas
−1
−1
11
4. MANUAL DE OPERAÇÃO LAGOA FACULTATIVA E MATURAÇÃO Para se atender aos objetivos de um tratamento de esgotos, faz-se necessário a execução eficiente de atividades de inspeção, operação, manutenção e avaliação de desempenho. Avaliação de desempenho visa conhecer as condições reais de funcionamento de instalação e o acumulo desse conhecimento, através de parâmetros de controle, permite:
Dominar instalação em termos de maneja-la tanto em condições normais como em situações especiais;
Prever problemas que possam ocorre.
Esse conhecimento só é conseguido através de controle operacional da instalação. Quando o controle rotineiro revelar que a instalação não está funcionando satisfatoriamente, ou há insuficiência de dados para se assegurar uma análise mais racional dos problemas, recomendase uma avaliação de desempenho. O controle adequado do processo envolve o conhecimento das composições qualitativas e quantitativas do esgoto afluente as lagoas de estabilização; entrada da lagoa e saída da lagoa. Em cada um deles são efetuadas diversas analises e medições que serão utilizadas para se determinar como está se desenvolvendo o processo de tratamento.
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4.1.
ATIVIDADES DIÁRIAS DO OPERADOR
Para melhor funcionamento da estação os operadores devem ser bem treinados conforme algumas recomendações a) Percorrer o perímetro do sistema de tratamento, bem como o de cada lagoa procurando verificar;
Se não existe nenhum mourao de cerca enfraquecido ou arame arrebentado, visando impedir a entrada de animas e pessoas;
O estado de conservação dos gramados de proteção dos diques internos e e xternos;
Os avisos ao redor da estação, lembrando de que se trata de uma estação de tratamento de esgoto e que pode apresentar problemas a saúde da pessoa.
O estado das calhas de chegada do esgoto evitando assim problemas no calculo de vazão e se houver um produto químico despejado na entrada do sistema.
Se os níveis de operação estão em conformidade.
b) Anotar as variáveis meteorológicas: temperatura, precipitação, pluviometria e ventos. Na ficha diária de operação do sistema. Em relação as lagoas facultativas e maturação algumas recomendações e operações especificas devem ser fiscalizadas e atendidas a fim do melhor tratamento e consequentemente melhor disponibilidade do efluente ao corpo hídrico receptor. a) Mediar a temperatura dos esgotos afluente, nível da lamina da lagoa, ph no afluente da lagoa, sólidos sedimentáveis no esgoto bruto, OD a 20 cm abaixo da superfície pelo menos 3 vezes ao dia, anotar na ficha diária da operação. b) Havendo crostas de escumas nas lagoas, essas devem ser jateadas com água, destruídas com rastelos ou removidas com peneiras. c) Cuidar da conservação dos taludes de gramados a fim de evitar problemas de erosão do solo da estação. d) Combater qualquer inicio de erosão nos taludes.
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e) Caso não se tenha faixa de lajotas de concreto à altura da lamina de agua, manter os taludes limpos, nos pontos de contatos com os líquidos, nesse caso mudar os níveis de superfície liquida a cada 15 dias. f) Manter limpos os dispositivos de entrada do esgoto afluente. g) Controlar o nível de agua de acordo com a insolação e eficiência do projeto. h) Manter os poços vertedores dos afluentes longe de qualquer contato com o efluente tratado. O exemplo de planilha para operação diária por parte do operador da estação de tratamento de esgoto segue na imagem a seguir:
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15 4.2.
LIMPEZA DAS LAGOAS
O lodo acumulado numa lagoa de estabilização deve ser removido quanto a sua espessura atingir a metade da lamina de agua da operação Os procedimentos adotas na limpeza estão listados a seguir; a) a lagoa cujo lodo será removido, saíra temporariamente do circuito. Os esgotos deverão ser desviados para uma outra célula em uso ou em ultimo caso para o curso de agua. Esta operação deverá ser realizada de forma gradual de modo a não prejudicar o funcionamento da lagoa. b) Os “stop-logs” das caixas de saída devem ser removidos sequencialmente, de forma gradativa, e os líquidos encaminhados para outra célula em uso. A lamina de agua deverá ser rebaixa até alcançar a camada de lodo. c) O lodo exposto ao sol perderá, paulatinamente, sua agua e secará ao ar livre. d) Quando o lodo apresentar rachaduras e tornar-se manuseável com garfos de brita, deverá ser retirado da lagoa e utilizado como condicionador de solo na própria estação.
16 5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
ARCEIVALA, S. L. wastewater treatment and diposal – engineering and ecologu in pollution control. New Yourk, Marcel Dekker, 1981. P. AZEVEDO NETTO, J.M. & ALVAREZ, G.A. Manual de hidrologia – 7 ed. São Paulo. AZEVEDO NETTO, J.M. & ALVAREZ, G.A. Tratamento de águas residuárias. São Paulo, DAE. 1970 MANUAL DE OPERAÇÃO – NORMA TÉCNICA. Operação e manutenção de lagoas de estabilização. Companhia ambiental do Estado de São Paulo.
