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Projeto: DIMENSIONAMENTO DE LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO PARA TRATAMENTO DE EFLUENTES Disciplina Ciências Ambientais – Eng. Eng. Química – Prof. Prof. Cristina Paschoalato
Objetivo Dimensionar uma lagoa facultativa e um sistema australiano (lagoa anaeróbia + lagoa facultativa), com base nos seguintes dados e comparar os resultados obtidos.
Cod aluno: __ __ __ ABC
ex: 795. 852
Dados do efluente: Nº de habitantes: habitantes: C0. 000 habitantes
ex: 20 000 habitantes
Cota per capita CPC = 1 B0 L/hab.d
ex: 150 L/hab.d
Coeficiente de retorno: 8 A %
ex: 82%
DBO afluente (ou S 0 entrada efluente bruto) = DBO af = = 35C mg/L
ex: S0 = DBO = 350 mg/L
Concentração de sólidos suspensos Totais (SST) = A0 mg/L
ex: SST = 80 mg/L
Temperatura do efluente no mês mais frio do ano
T=23°C
I - Memorial de cálculo para LAGOA FACULTATIVA a) Cálculo da vazão média Total (Qt) Qt = CPC * nº habitantes
QT = 150 * 20.000 = 3000 m 3/d b) Cálculo da carga (L) Carga (L) = Qt * Conc. DBO ou So Carga (L) = 3000 * 350
L = 1050 kg/d
c) Adoção da taxa de aplicação superficial (Ls) Segundo Marcos Von Sperling, 1986. Regiões com inverno quente e elevada insolação: Ls = 240 a 350 kg DBO/ha.d Regiões com inverno e insolação moderada: Ls = 120 a 240 kg DBO/ha.d Regiões com inverno frio e baixaa insolação: Ls = 100 a 180 kg DBO/ha.d
Adotar: 220 kg DBO/ha.d
d) Cálculo da área para líquido requerida (A) A = L/Ls A = 1050/220 = 4,87 ha (1 ha = 10000 m 2)
Logo: A = 48000 m2
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e) Adotar um valor para profundidade (H) entre 1,5 a 2,0m H = 1,8 m f) Cálculo do volume líquido resultante (V) V = A*H V = 48000 * 1,8 V = 86400 m3
g) Cálculo do tempo de detenção hidráulico (Tdh) A literatura recomenda de 15 a 45 dias Tdh = V/Qt Tdh = 86400/3000 Tdh = 28,8 dias
ok - aceitável
h) Adotar valor para coeficiente de remoção de DBO (k) Cinética Lagoa Primária (recebendo efluente bruto) K 20ºC 0,30 a 0,40 d -1 Lagoa secundária (recebendo efluente de lagoa ou reator) K 20ºC 0,25 a 0,32 d -1 K 20°C = 0,35 d-1 K T Real com correção da temperatura – Ø = 1,05 (Arrenihus Termodinâmica) K T = K 20°C * Ø (T-20)
KT = 0,41 d -1
J) Estimativa da DBO solúvel Regime hidráulico: mistura completa
Sf = S0 / (1+K T. Tdh)
Sf = 350/ 1+ 0,41*28,8)
S0 DBO afluente Sf DBO final Sf = 27 mg/ L (DBO solúvel efluente ou saída da lagoa)
H) Estimativa de DBO Particulada Utilizar a Conentração de sólidos Suspensos> SS = 80 mg/L Literatura 1mg/L de SS = 0,35 mg/L DBO particulada Logo: 0,35 * 80 = 28 mg/L DBO particulada
i) DBO total efluente (na saída da lagoa) Sf DBO total = DBO solúvel + DBO particulada
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DBO total = 27+28 = 55 mg/L
j) Calculo da eficiência na remoção da DBO (E %) E = (S0- Sf) *100 / S0 E = (350-55)*100/350
E = 84%
k) Dimensões da Lagoa Adotar duas lagoas ou mais em paralelo, nesta caso segue exemplo para duas unidades, adotar uma relação comprimento largura (L/B) de 2,5 em cada lagoa. Área de 1 lagoa = 48000/2 = 24 000 m 2 A = L * B = (2,5 . B) . B = 2,5 B 2 Largura B = 98 m e comprimento L = 245 m l) Área total requerida para todo sistema A Área total requerida para as lagoas, incluindo os taludes, urbanização, vias internas, laboratório, estacionamento e outras áreas de influência, é cerca de 25% a 35% maior que a área líquida calculada a meia altura, Assim se adotarmos 30% Atotal = 1,3 * A liq
A Total = 1,3 * 48000 = 62400 m 2 ou 6,2 ha (hectares)
Área per capita = 62400 / 20000 habitantes = 3,1 m 2/hab
m) Acumulação de lodo Acumulo anual de 0,05 m 3/ habitante (literatura) Acumulo anual = 0,05 * 20000 = 1000 m 3/ano
Espessura em 1 ano Espessura = acumulo * 1 ano / área de liquido Espessura = 1000 * 1 / 48000
Espessura = 2,1 cm / ano
Espessura em 20 anos de operação: 2,1 * 20 anos + 42 cm em 20 anos Após 20 anos de operação, o lodo ocupa apenas 23% (0,42/1,8) da profundidade útil das lagoas. 245 m Lay out do sistema Lagoa 1 98 m
Lagoa 2
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II- Memorial de cálculo Sistema Australiano: LAGOA ANAERÓBIA SEGUIDA DE LAGOA FACULTATIVA Considere os mesmos dados do efluente Bruto na alimentação da lagoa anaeróbia
a) Cálculo da carga na alimentação (entrada da lagoa anaeróbia) Carga (L) = 350 mg/L * 3000 m 3/d
L = 1050 kg DBO/d
b) Adoção da carga volumetrica (Lv) T = temperatura média do ar no mês mais frio do ano
(literatura) Lv = 0,15 kg DBO/m 3.d
c) Cálculo do volume requerido V = Carga / taxa aplicação volumétrica V = L/ Lv
V = 1050/0,15
V = 7000 m3 d) Verificação do tempo de detenção hidráulico (Tdh) Recomenda-se Tdh = V/Q
3dias < Tdh < 6 dias
7000/3000
Tdh= 2,3 d ok condição aceita
e) Determinação da área requerida e dimensões Profundidade H =4,5m (adotar) Área = Volume/profundidade
Área = 7000/4,5
A = 1556 m2 dividindo para duas lagoas: 778 m 2 para cada lagoa Possíveis dimensões: quadrada
L = 27,9 m aproximadamente 28m de lado
f) Concentração de DBO efluente da lagoa aneróbia (saída da anaeróbia) Adotar Eficiência de remoção de 60%
E = (DBOe – DBOs ) * 100 / DBO e
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DBO s = 140 mg/L O Efluente da lagoa anaeróbia será agora o afluente de uma nova lagoa facultativa DBO entrada da facultativa = 140 mg/L g) Acumulo de lodo na lagoa anaeróbia Adotar taxa de acumulo de 0,04 m 3/hab. ano 0,04 * 20000 hab = 800 m 3/ano Espessura da camada de lodo em 1 ano Espessura = acumulação anual * tempo / área da lagfoa Espessura = 800 * 1 ano/1556 Espessura = 0,51 m/ano
Tempo de limpeza será previsto quando a altura de lodo 1/3 da altura útil das lagoas Tempo para limpeza = (H/3)/ Espessura T = 4,5/3 /0,51 – 2,9 anos remoção de lodo aproximadamente a cada 3 anos.
Dimensionamento da LAGOA FACULTATIVA a ser instalada após lagoa anaeróbia n) Cálculo da carga (L) Carga (L) = Qt * Conc. DBO ou So Carga (L) = 3000 * 140
L = 420 kg/d
o) Adoção da taxa de aplicação superficial (Ls) Segundo Marcos Von Sperling, 1986. Regiões com inverno quente e elevada insolação: Ls = 240 a 350 kg DBO/ha.d Regiões com inverno e insolação moderada: Ls = 120 a 240 kg DBO/ha.d Regiões com inverno frio e baixaa insolação: Ls = 100 a 180 kg DBO/ha.d
Adotar: 220 kg DBO/ha.d
p) Cálculo da área requerida (A) A = L/Ls A = 420/220 = 1,9 ha (1ha = 10000 m2) Logo: A = 19000 m2
Adotar 2 lagoas: 9500 m 2 para cada lagoa q) Adotar um valor para profundidade (H) entre 1,5 a 2,0m H = 1,8 m
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r) Cálculo do volume líquido resultante (V) V = A*H V = 19000 * 1,8 V = 34200 m3
s) Cálculo do tempo de detenção hidráulico (Tdh) A literatura recomenda de 10 a 45 dias Tdh = V/Qt Tdh = 34200/3000 Tdh = 11,4 dias
ok - aceitável
t) Dimensões da Lagoa Adotar duas lagoas ou mais em paralelo, nesta caso segue exemplo para duas unidades, adotar uma relação comprimento largura (L/B) de 2,5 em cada lagoa. Área de 1 lagoa = 19000/2 = 9500 m 2 A = L * B = (2,5 . B) . B = 2,5 B 2 Largura B = 62 m e comprimento L = 155 m
u) Adotar valor para coeficiente de remoção de DBO (k) Cinética Lagoa Primária (recebendo efluente bruto) K 20ºC 0,30 a 0,40 d -1 Lagoa secundária (recebendo efluente de lagoa ou reator) K 20ºC 0,25 a 0,32 d -1 K 20°C = 0,27 d-1 K T Real com correção da temperatura – Ø = 1,05 (Arrenihus Termodinâmica) K T = K 20°C * Ø (T-20)
KT = 0,31 d -1
J) Estimativa da DBO solúvel Regime hidráulico: mistura completa
Sf = S0 / (1+K T. Tdh)
Sf = 140/ 1+ 0,31*11,4)
S0 DBO afluente Sf DBO final Sf = 31mg/L (DBO solúvel efluente ou saída da lagoa)
H) Estimativa de DBO Particulada Utilizar a Conentração de sólidos Suspensos> SS = 80 mg/L Literatura 1mg/L de SS = 0,35 mg/L DBO particulada Logo: 0,35 * 80 = 28 mg/L DBO particulada
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v) DBO total efluente (na saída da lagoa) Sf DBO total = DBO solúvel + DBO particulada DBO total = 31+28 = 59 mg/L
w) Calculo da eficiência na remoção da DBO (E %) E = (S0- Sf) *100 / S0 E = (350-59)*100/350
E = 83%
x) Área total requerida para todo sistema A Área total requerida para as lagoas, incluindo os taludes, urbanização, vias internas, laboratório, estacionamento e outras áreas de influência, é cerca de 25% a 35% maior que a área líquida calculada a meia altura, Assim se adotarmos 30% Area liquida total = A Anaerobia + A facultativa Artea liquida total = 0,16ha + 1,9 há = 2,1 há
Atotal = 1,3 * A liq
A Total = 1,3 * 2,1 = 2,7 (hectares) ou 27000 m 2
Área per capita = 27000/ 20000 habitantes = 1,4 m 2/hab
y) Acumulação de lodo Acumulo anual de 0,05 m 3/ habitante (literatura) Acumulo anual = 0,05 * 20000 = 1000 m 3/ano
Espessura em 1 ano Espessura = acumulo * 1 ano / área de liquido Espessura = 1000 * 1 / 27000
Espessura = 0,037 cm / ano
Espessura em 20 anos de operação: 0,037 * 20 anos 3,7 cm em 20 anos Após 20 anos de operação, o lodo ocupa apenas 2% (0,037/1,8) da profundidade útil das lagoas.
Arranjo
Lagoa 1 1
Lagoa 2 2
