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Tratamento Biológico – Lagoas Aeradas 23

LAGOAS AERADAS

Segundo JORDÃO & PESSÔA (1995), as lagoas aeradas são uma modalidade de sistema de

tratamento por lagoas de estabilização onde o suprimento de oxigênio é garantido por equipamentos

eletromecânicos (aeradores). As lagoas aeradas são classificadas, segundo o comportamento e a

cinética do processo, em lagoas aeradas aeróbias ou de mistura completa e lagoas aeradas

facultativas.

De acordo com VON SPERLING (1996), as lagoas aeradas de mistura completa são

essencialmente aeróbias e os aeradores garantem a oxigenação do meio e mantém os sólidos em

suspensão. O grau de energia introduzido é suficiente para garantir a oxigenação da lagoa e manter os

sólidos em suspensão e a biomassa dispersos na massa líquida. Devido a isto, o efluente que sai de

uma lagoa aerada de mistura completa, possui uma grande quantidade de sólidos suspensos e não é

adequado para ser lançado diretamente no corpo receptor. Para que ocorra a sedimentação e

estabilização destes sólidos é necessária a inclusão de unidade de tratamento complementar, que

neste caso, são as lagoas de decantação (SPERLING,1996). Logo, as características do efluente são

iguais às da massa líquida em aeração, pois não há acúmulo de material no fundo da lagoa, segundo

JORDÃO & PESSÔA (1995). Portanto, faz-se necessária a utilização de lagoas de decantação em

seqüência para que haja a sedimentação destes sólidos. O tempo de detenção nas lagoas aeradas é da

ordem de 2 a 4 dias e nas lagoas de decantação da ordem de 2 dias. O acumulo de lodo nas lagoas de

decantação é baixo e sua remoção geralmente é feita com intervalos de 1 a 5 anos. Este sistema ocupa

uma menor área que outros sistemas compostos por lagoas. Os requisitos energéticos são maiores que

os exigidos por outros sistemas compostos por lagoas. (SPERLING,1996)

As vantagens deste processo são a alta eficiência na remoção da matéria orgânica, boa

resistência a variações de carga e reduzidas possibilidades de maus odores. As lagoas aeradas de

mistura completa necessitam de baixos tempos de detenção, variando entre 2 e 4 dias. Logo, os

requisitos de áreas são menores.

Nas lagoas aeradas facultativas, os aeradores mantêm o oxigênio dissolvido na maior parte da

massa líquida (camada superficial), contudo não proporcionam a mistura completa, permitindo que

haja sedimentação de parte dos sólidos em suspensão e sua conseqüente decomposição anaeróbia. O

gás sulfídrico liberado na decomposição anaeróbia do material sedimentado é oxidado pelo oxigênio

dissolvido na camada líquida superior, eliminando a possibilidade de odores desagradáveis. O tempo

de detenção hidráulico das lagoas aeradas facultativas variam de 5 a 10 dias. Tem-se o elevado custo

com energia elétrica e a manutenção dos equipamentos, que requer equipe capacitada. Além disso,

deve haver a remoção de lodo da lagoa de decantação dentro de um período de 2 a 5 anos. Estes dois

fatores constituem as principais desvantagens do processo.

17 – Lagoas Aeradas Mecanicamente

Uma lagoa aerada é uma bacia onde o efluente é tratado com ou sem recirculação de sólidos.

A função essencial deste processo de tratamento é a conversão do efluente. Como no sistema de

lodos ativados, a aeração tem a função de transferir oxigênio e manter os sólidos em suspensão.

Dependendo do tempo de detenção, o efluente de uma lagoa aerada contém de 1/3 a 1/2 da

DBO5 de entrada na forma de tecido celular. Muitos destes sólidos são removidos por decantação. Se

os sólidos retornam para a lagoa , não há diferença entre este processo e um processo de lodos

ativados modificado.

17.1 – Considerações de projeto

Os fatores que devem ser considerados no projeto de lagoas aeradas incluem:

_ remoção de DBO;

_ característica do efluente;

_ requisitos de oxigênio;

_ efeito da temperatura;

_ requisitos de energia para mistura;

_ separação de sólidos.

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a) Remoção da DBO

Como uma lagoa aerada pode ser considerada como um reator de mistura completa sem

reciclo, a base de projeto pode ser o tempo de detenção celular, que pode ser selecionado para:

_ garantir que os microorganismos suspensos possam bioflocular para facilitar a remoção;

_ que um fator de segurança adequado é suprido quando comparado com o tempo de varrição

celular.

Valores típicos de c para lagoas aeradas que tratam efluentes domésticos variam de 3 a 6 d.

Uma vez que o valor de c é selecionado, a concentração do substrato solúvel pode ser estimado e a

eficiência de remoção pode ser calculada usando as equações da cinética de microorganismos.

Uma aproximação alternativa é assumir que a remoção de DBO5 (total – solúvel e suspensa –

ou apenas suspensa) pode ser descrita em termos de uma função de remoção de primeira ordem. A

remoção de DBO5 é medida entre o afluente e o efluente da lagoa. A equação pertinente de uma

única lagoa de aeração é:

htk

Q

Vk

S

S

.1

1

1

1

0

Valores de k total variam de 0,25 a 1,0.

b) Características do efluente

As características do efluente de uma lagoa aerada incluem a DBO5 e a concentração de

sólidos suspensos. O DBO5 efluente é constituído dos mesmos componentes já discutidos em lodos

ativados e podem receber contribuição de uma pequena quantidade de algas. Os sólidos do efluente

são compostos por uma porção dos sólidos suspensos que entram na lagoa, os sólidos biológicos

produzidos na conversão do resíduo líquido e ocasionalmente pequenas quantidades de algas . Os

sólidos produzidos pela conversão de resíduos orgânicos solúveis podem ser estimados utilizando a

equação: hdhd

máxx

tK

SSY

tkk

SSXP

1100

c) Requisitos de Oxigênio

O requisito de oxigênio é calculado como discutido para lodos ativados. Baseado nos

resultados operacionais de um número de instalações domésticas e industriais, a quantidade de

oxigênio tem variado de 0,7 a 1,4 vezes a quantidade de DBO5 removida.

d) Temperatura

Como lagoas aeradas são instaladas e operadas em localidades com condições climáticas

variadas, os efeitos das mudanças de temperatura devem ser considerados no projeto. Os dois efeitos

mais importantes da temperatura são:

_ reduzir a atividade biológica e eficiência de tratamento;

_ reduzir a solubilidade de O2.

Através da consideração da temperatura do afluente, temperatura do ar, área superficial da

lagoa e vazão do afluente, a temperatura resultante na lagoa pode ser estimada utilizando a equação a

seguir desenvolvida por Mancini e Barnhart: Q

fATTTT aw

wi

onde: Ti = temperatura do afluente (oC)

Tw = temperatura da lagoa (oC)

Ta = temperatura ambiente (oC)

f = fator de proporcionalidade

A = área superficial (m2)

Q = vazão do afluente (m3)

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O fator de proporcionalidade incorpora coeficientes de transferência de calor, inclui o efeito

do aumento da área superficial devido à aeração, vento e umidade relativa do ar. O valor típico é 0,5.

Para cálculo da temperatura da lagoa, a equação é reescrita como: QAf

QTAfTT ia

w .

Alternativamente, se dados climatológicos estão disponíveis, a temperatura média da lagoa

pode ser determinada de uma análise do aquecimento assumindo que a lagoa é totalmente misturada.

Em lugares muito frios, os efeitos da temperatura podem ser reduzidos aumentando a

profundidade da lagoa.

e) Separação de sólidos

Após a lagoa aerada é necessária a existência de uma lagoa de sedimentação. Normalmente a

sedimentação ocorre em uma grande lagoa usada exclusivamente para este processo ou em unidades

convencionais de sedimentação. Onde são usadas lagoas de decantação devem ser tomadas as

seguintes precauções:

_ o tempo de detenção deve ser adequado para conseguir o grau de remoção de sólidos

suspensos;

_ a lagoa deve ter volume suficiente para estocagem de lodo;

_ o crescimento de algas deve ser minimizado;

_ o odor proveniente da decomposição anaeróbia que pode se desenvolver deve ser

controlado;

_ a necessidade de cobertura deve ser avaliada.

Na maioria dos casos, um th mínimo de 6 a 12 h é necessário para conseguir a separação de

sólidos. Se esta faixa de tempo é usada, uma previsão de estocagem de lodo deve ser feita para que os

sólidos acumulados não reduzam o tempo de detenção do líquido. Além disso, caso os sólidos se

depositem conforme um padrão localizado, será necessário aumentar o tempo de detenção hidráulica

para superar os efeitos da pobre distribuição hidráulica. Sob condições anaeróbicas,

aproximadamente 40 a 60% dos SSV depositados serão degradados por ano. Assumindo uma cinética

de remoção de primeira ordem, a expressão a seguir pode ser usada para estimar o decaimento de

microorganismos: tK

tdeWW 0

20

20

TT

k

k

onde: Wt = massa de SSV que não foi degradada em um tempo t, kg;

W0 = massa de SSV inicial, kg;

t = tempo, d ou ano;

= coeficiente de temperatura.

Dois problemas normalmente encontrados com a utilização de lagoas de decantação são o

crescimento de algas e a produção de odores. O crescimento de algas pode ser controlado limitando-

se o tempo de detenção hidráulica para 2 dias ou menos. Se th mais longos são necessários, a

quantidade de algas pode ser reduzida utilizando-se um filtro de pedra (brita). Os odores podem ser

controlados utilizando-se uma profundidade mínima de água de 1 m. Em regiões extremamente

quentes é recomendado o uso de profundidades de água maiores que 1,8 m.

Se não há área disponível para construção de uma lagoa de decantação podem ser utilizadas

unidades convencionais de sedimentação (decantadores).

17.2 – Sistemas de Lagoas Aeradas Mecanicamente Seguidas de Lagoas de Decantação

As lagoas aeradas mecanicamente podem ser classificadas como reatores de crescimento em

suspensão na massa líquida, sem retenção de biomassa. Da mesma forma que no processo de lodos

ativados, ocorre a floculação biológica como resultado da interação entre microrganismos e matéria

orgânica, sendo os flocos mantidos em suspensão pela aeração mecânica (Figura 1), que tem por

objetivo principal o suprimento de oxigênio para as reações bioquímicas de decomposição de matéria

orgânica. Porém, no sistema de lagoas aeradas não há recirculação de biomassa e, desta forma, não

há necessidade de decantadores de concreto armado com removedores mecânicos de lodo.

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Empregam-se como unidades separadoras de sólidos as lagoas de decantação, meras escavações

taludadas que têm também por objetivo o armazenamento e a digestão do lodo durante o período

entre limpezas, o que ocorre geralmente a cada dois anos ou mais (Figura 2). As próprias lagoas

aeradas são também escavações que podem ser revestidas com concreto magro para impedir

processos erosivos dos taludes e do solo sob os aeradores. O sistema de aeração pode ser constituído

de aeradores superficiais de alta rotação flutuantes ou de ar, soprado e difuso, distribuído ao longo do

fundo das unidades. Deve ser notado que, não havendo reciclagem de células, a concentração de

sólidos em suspensão é bem menor do que a dos processos de lodos ativados, o que faz com que as

lagoas aeradas sejam proporcionalmente bem maiores que os tanques de aeração dos sistemas de

lodos ativados, uma vez que a idade do lodo é praticamente igual ao tempo de detenção hidráulico.

Figura 1. Sistema de tratamento em lagoas aeradas aeróbias, com o floco biológico em suspensão.

O sistema é composto pelo tratamento preliminar, gradeamento e desarenação, seguido das

lagoas aeradas mecanicamente e das lagoas de decantação. É necessária a previsão de dispositivos de

remoção e secagem do lodo acumulado nas lagoas de decantação.

Obedecendo à tendência atual do tratamento de esgotos, é possível a aplicação de tratamento

anaeróbio antes das lagoas aeradas, reduzindo-se os custos de energia elétrica para a aeração. Na

literatura são descritas duas modalidades de lagoas aeradas mecanicamente: as de mistura completa e

as facultativas. Para a ocorrência de mistura completa do conteúdo da lagoa, é necessária a

disponibilização de uma densidade de potência de pelo menos 4 w/m3. Empregando-se densidades

menores, parte do lodo se sedimenta na própria lagoa aerada, entrando em decomposição anaeróbia e

tornando-a facultativa. Os sistemas de lagoas aeradas mecanicamente seguidas de lagoas de

decantação demonstram-se viáveis para a aplicação em uma faixa ampla de tamanho de municípios,

de pequeno a médio portes. Seus custos de implantação são mais baixos e a operação é mais simples

que a dos sistemas de lodos ativados. Por outro lado, ocupam menor área que os sistemas que

envolvem lagoas fotossintéticas. É um tratamento bastante objetivo, removendo eficientemente DBO

carbonácea, podendo-se obter 90% após a separação de sólidos nas lagoas de decantação. A

nitrificação dos esgotos ocorre muito pouco, bem como a eficiência na remoção de coliformes fecais

dos esgotos é igualmente baixa. Os custos do tratamento podem ser reduzidos pela introdução de

reator anaeróbio antes da lagoa aerada. Também é possível a interrupção do sistema de aeração

durante três horas por dia, que deverá coincidir com o período de ponta de consumo de energia. Neste

caso a potência ser instalada deverá ser acrescida do fator 24/21 e recomenda-se, por precaução, que

neste período não haja descarga da lagoa aerada, devendo-se prever a elevação de alguns centímetros

da lâmina líquida (Said, 1998). Na Tabela 1 são apresentadas as principais características dos

sistemas de lagoas aeradas mecanicamente seguidas de lagoas de decantação (Alem Sobrinho, 1998),

como também constam as principais características das lagoas facultativas.

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Figura 2. Esquema de tratamento por lagoa aerada aeróbia com lagoa de decantação, após um pré-

tratamento.

Tabela 1. Principais características do tratamento aerado aeróbio e facultativo.

Características Lagoa aerada aeróbia Lagoa aerada facultativa

Controle de sólidos Todos os sólidos saem com o efluente.

Necessária separação posterior

Não se tem controle. Parte se

sedimenta e parte sai no efluente

Concentração de SST 100 – 360 50 – 150

Relação SSV/SST 0,70 a 0,80 (0,75) 0,60 a 0,80

Tempo de detenção (Th) < 5 dias 5 a 12 dias

Idade do lodo < 5 dias Alto devido á sedimentação de

parte do lodo.

Remoção de DBO (%) De 50 a 60 só lagoa aerada. Em sistema

contendo pós- separação de sólidos 90%

70 a 80

Nitrificação Praticamente nula Praticamente nula

Remoção de coliformes Muito pobre Pobre

Profundidade da lagoa 2,5 a 5,0 m 2,5 a 5,0 m

Potência mínima > 3 W m-3

para impedir sedimentação > 0,75 W m-3

para garantir

difusão uniforme de O2

17.3 – Dimensionamento

Para dimensionar e determinar os parâmetros cinéticos, é considerado que o sistema

apresenta:

_ o reator biológico comporta se como um reator de mistura completa;

_ substrato: Matéria orgânica biodegradável;

_ substrato (quantificação): DBO5,20;

_ microrganismos (quantificação): SSV;

_ cultura microbiana heterogênea;

_ macro e micro nutrientes em excesso; _ presença de oxigênio.

a) Balanço de massa

As lagoas aeradas mecanicamente podem ser classificadas como reatores de mistura completa

sem recirculação de biomassa. Fazendo-se um balanço de massa de substrato ao longo da lagoa,

considerando-se regime estabilizado, tem-se:

S/ t = (So - S).Q/V

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Como S/ t = K.X.Se /(Ks + S) (Modelo de Monod), onde K representa a máxima taxa de

utilização de substrato por unidade de massa de microrganismos e de tempo (tempo-1

) e Ks é a

constante de meia saturação, isto 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 (massa/volume).

Portanto, (So - S).Q/V = K.X.S /(Ks + S)

Sendo Q/V o tempo de detenção hidráulica, temos:

So S K

Ks + SXvth

=S

Considerando-se Ks >>> S, temos:

So S K

KsXvth

=S

Fazendo-se K/Ks = k, onde k representa o coeficiente da taxa específica de remoção de

substrato (l mg-1

d-1

), temos:

So S= k.S.Xv

th Fazendo k’ = k.Xv (k’ é o coeficiente da taxa global de remoção de substrato (tempo

-1)), temos:

So S= k'.S

th Fazendo-se um balanço de microorganismos (SSV) em torno da lagoa aerada, considerando o regime

de estabilização, temos:

XvY(So - S)

1 + Kd . th=

Combinando-se esta equação com a anteriormente obtida através do balanço de massa de

substrato, temos:

SY.k.th

1 + Kd . th= =

Ks(1 + thkd)

th(Yk - kd) - 1 e

=1

Y.k.S - Kd

th

Na Tabela 2 são apresentados valores de parâmetros determinados para lagoas aeradas tratando

esgotos unitários.

Tabela 2. Valores típicos dos coeficientes cinéticos para lagoas aeradas tratando esgoto doméstico a

20oC

#.

Autor K

(L mg-1

d-1

)

k’ = k.Xv

(d-1

)

Y

(kg SSV/kg DBOrem)

Kd

(d-1

)

Metcalf&Eddy 2 – 10 0,4 – 0,8 0,025 – 0,1

0,025 – 0,04

McKinney 0,08 0,5 0,2

Valência 0,49 – 0,64 0,005

Yánez 0,35 – 0,65 0,08 – 0,14

CRWR*

0,21 8,0 0,65 0,075

Balasha 0,031 6,7 0,60 0,06

Arceivala 0,017 – 0,038 0,5 – 0,7 0,075 – 0,0125

Alem Munoz 0,052 0,7 0,08

# Sobrinho, 1998); * Center for Research in Water Resource – Austin – Texas – UEA.

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b) Necessidade de oxigênio

A quantidade de O2 a ser fornecida pelos aeradores é usualmente igual à DBO última afluente

(DBOu). A DBOu é superior à DBO5 por ser atingida ao final de um longo período de tempo (em torno de 20

dias). Freqüentemente adota-se 5,146,15DBO

DBOu . A demanda de oxigênio pode ser considerada igual a S0.

No cálculo dos requisitos de O2, pode-se descontar o consumo de oxigênio não exercido pelos sólidos suspensos voláteis saindo do sistema.

Em termos práticos, o requisito de oxigênio pode ser adotado como variando de 1,1 a 1,4

vezes a carga de DBO5 removida:

10000 SSaQ

RO

Onde: RO = requisito de oxigênio (kg O2/d)

a = coeficiente, 1,1 a 1,4 kg O2/ kg de DBO5

Q = vazão afluente (m3/d)

S0 = DBO5 total afluente (g/m3)

S = DBO5 solúvel efluente (g/m3)

1000 = conversão de kg para g

c) Principais dimensões das lagoas aeradas aeróbias e de decantação.

As principais dimensões constam na Tabela 3. A profundidade da lagoa deve ser selecionada de

forma a satisfazer os requisitos do sistema de aeração, em termos de mistura e oxigenação. Os valores

usualmente adotados ficam na faixa de 2,5 a 4,5 m.

Tabela 3. Principais dimensões das lagoas aeradas aeróbias e das lagoa de decantação.

Dimensão Lagoa aerada aeróbia Lagoa de decantação

Comprimento Largura Comprimento Largura

Terreno 88,90 62,70 88,40 48,90

Espelho de água 86,50 60,30 86,00 46,50

Meia profundidade 78,50 52,30 79,00 39,50

Fundo 70,50 44,30 72,00 32,50

d) Requisitos energéticos

A energia necessária para o suprimento dos requisitos dos aeradores é calculada com base na

densidade de potência (DP) devido à necessidade de mistura.

Para assegurar uma dispersão completa deve-se ter: DP 30 W m-3

.

e) Estimativa de Se

Podem ser adotados modelos similares aos empregados em sistemas de lodos ativados (composto por DBO solúvel e DBO particulada).

I – DBO solúvel efluente

A estimativa de DBO solúvel efluente é feita baseada nas mesmas equações para lagoas facultativas

(baseadas nos modelos hidráulicos). O valor de K é mais elevado e valores típicos para o regime de mistura

completa são: K = 1,0 a 1,5 d-1

. Neste valor está embutida a influência da concentração de SSV ou Xv. K pode ser desmembrado , de

forma que: vXKK , onde K’ é o coeficiente de remoção de DBO, que está entre 0,01 a 0,03 (mg/L)-1

d-1

e

Xv = concentração de SSV (mg/L).

Para temperaturas diferentes de 20 oC utiliza-se = 1,035.

Tabela 4. Valores típicos dos coeficientes deste modelo são:

Coeficiente Unidade Faixa Valor Típico

Y mg SSV/mg DBO5 0,4 – 0,8 0,6

Kd d-1

0,03 – 0,08 0,06

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II – DBO particulada efluente

A DBO particulada pode ser estimada através da seguinte relação: DBOpart = 0,4 a 0,8 mg DBO5/mg

Xv. Nas lagoas aeradas a relação entre SSV (Xv) e SST (X) é da ordem de:

8,07,0 aX

X x .

Assim: DBOpart = 0,3 a 0,6 mg DBO5/mg SST.

f) Dimensionamento da lagoa de decantação Para o dimensionamento da lagoa de decantação devem ser previstos volumes destinados:

_ à clarificação

Tempo de detenção: t 1 d

Profundidade: H 1,5 m

_ ao armazenamento e digestão do lodo (volume total)

Tempo de detenção: t 2,0 d (evitar crescimento de algas).

Profundidade: H 3,0 m (para permitir uma camada aeróbia acima do lodo).

g) Acúmulo de lodo

Pode ser calculado assumindo-se o seguinte dado:

_ relação SSV/SST afluentes à lagoa de decantação: 0,75. _ taxa de redução dos SSV: KLv = 0,5 a

-1

A equação a seguir permite a estimativa do volume acumulado de lodo após um período de anos em

função da taxa de degradação de SSV e do acúmulo de sólidos fixos, supondo lodo = 1,0:

100

sec.1000

.1

ossól

MteK

M

Vof

tK

Lv

ov

t

Lv

onde: Vt = volume de lodo acumulado em um período de t anos (m3)

MOv = massa de SSV retidos na lagoa por unidade de tempo (kg SSV/a)

MOf = massa de SS fixos retidos na lagoa por unidade de tempo (kg SSf/a) KLv = coeficiente de degradação de SSV em condições anaeróbias (0,4 a 0,6) (a

-1)

t = tempo (a)

sól.secos = 100 – umidade do lodo (%)

EXEMPLO DE DIMENSIONAMENTO

01) Considere o sistema com lagoa aerada aeróbia (2 lagoas) seguida de lagoa de decantação, que

será empregada para tratar o esgoto gerado por uma cidade que apresenta uma população de 68350

habitantes; carga de DBO de 3691 kg d-1

; vazão média de esgotos de 126,6 L s-1

, profundidade útil

(Hu) de 4,0 m.

Considere o emprego de aeradores flutuantes de alta rotação, com capacidade de transferência

de oxigênio, em condições de campo, estimada em 0,65 kg O2/CV.h-1

.

a) Lagoas Aeradas Aeróbias

Adotando-se o tempo de detenção hidráulico de 3,0 dias, o volume útil necessário da lagoa

aerada é:

Vtotal = th . Q = (3,0 x 126,6 x 86400)/1000 = 32815 m3

Serão considerados dois módulos em paralelo de lagoas aeradas seguidas de lagoas de

decantação. O volume útil necessário da lagoa aerada por módulo será:

V = 32815 / 2 = 16.408 m3

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b) Sistema de aeração

A necessidade de oxigênio é estimada em 1,3 kg O2/ kg DBO. Considerando-se o

funcionamento dos aeradores durante 24 horas por dia, tem-se:

RO = 1,3 x 3.691/24 = 200 kg O2 h-1

.

Potência Necessária:

Potaer = 200/0,65 = 308 CV (total) ou 154 CV por lagoa.

c) Profundidade útil adotada

Área à meia profundidade de cada lagoa:

A1/2Prof = 16804/4,0 = 4102 m2

Considerando-se duas fileiras com três aeradores em cada lagoa, a relação

comprimento/largura das lagoas aeradas será de 1,5/1,0.

Dimensões à meia profundidade:

A = C.L 4102 = L.1,5L L = 52,3 m

Comprimento: 78,50 m

Largura: 52,30 m

Borda livre: 0,60 m

d) Lagoas de decantação

Adotando-se o tempo de detenção hidráulico de dois dias tem-se:

VLagoa decant = th . Q = (2,0 x 126,6 x 86400/1000) = 21.876 m3

Considerando-se o emprego de duas lagoas de decantação:

VLagoa decant = 21876/2 = 10938 m3 (cada lagoa)

Profundidade útil adotada: Hu = 3,50 m

Área de cada lagoa de decantação: A1/2Prof = 10938/3,50 = 3125 m2

Dimensões à meia profundidade:

Comprimento: 79,00 m

Largura: 39,50 m

Borda livre: 0,60 m

02) Determine o efeito da redução da área superficial de uma lagoa aerada de 9290 m2 para 4645 m

2,

na sua temperatura, dobrando a profundidade, para as seguintes condições: Q = 3800 m3/d; Ti = 15,6

oC; Ta = - 6,7

oC; f = 0,5

03) Projete uma lagoa aerada para tratar um efluente com Q = 3800 m3/d, incluindo o número de

aeradores superficiais e sua taxa de potência. O líquido tratado deve ser deixado em uma lagoa de

decantação por 2 dias e depois descartados. Assuma que as condições e requisitos seguintes podem

ser aplicados:

SS0 = 200 mg/L; os sólidos suspensos

afluentes não são biodegradáveis;

S0 = 200 mg/L; S = 20 mg/L;

SSe = 20 mg/L após decantação;

Coeficientes cinéticos: Y = 0,65; Ks = 100

mg/L; k = 0,6 d-1

; Kd = 0,07 d-1

;

SSV/SST = 0,8

Taxa de remoção de DBO5: k20 = 2,5 d-1

a

20 oC;

Temperatura no verão = 30 oC;

Temperatura no verão = 10 oC;

Ti = 15,6 oC;

Coeficiente de Temperatura: = 1,06;

Constantes de aeração: = 0,85; = 1,0;

Altitude = 610 m;

OD a ser mantida = 1,5 mg/L;

Profundidade da lagoa = 3 m;

c = 4 d.

04) Dimensionar um sistema de lagoa aerada de mistura completa seguida por lagoa de decantação,

com os mesmos dados do exemplo 3. Dados:

População = 20.000 habitantes; Q = 3000 m3/d; S0 = 350 mg/L; T = 23

oC (líquido).

05) Projete uma lagoa de sedimentação para a lagoa aerada do exemplo 4. Assuma que th = 2 d e que

o nível de líquido acima do lodo é de no mínimo 1,5 m. Para este exemplo assuma que 70% dos

sólidos totais afluentes são voláteis. Assuma também que o lodo é retirado a cada 4 anos.

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18 – Lagoas Aeradas Facultativas

As lagoas aeradas facultativas são projetadas para operar com energias inferiores as das

lagoas aeradas aeróbias, ou seja, na faixa de 5 Wm3 . Nessas lagoas em uma parte ocorre a suspensão

da biomassa e na outra a sedimentação (Figura 3).

Figura 3. Sistema de tratamento em lagoas aeradas facultativa, com o floco biológico em suspensão

e sedimentado em determinadas regiões da lagoa.

As lagoas aeradas facultativas são utilizadas quando se deseja um sistema predominantemente

aeróbio, e de dimensões mais reduzidas que as lagoas facultativas convencionais. As lagoas

facultativas convencionais, sobrecarregadas e sem área de expansão podem ser convertidas através da

inclusão de aeradores a lagoas facultativas aeradas. Só é importante prever esta conversão devido à

necessidade de colocação de placas protetoras no fundo para evitar erosão. Na Figura 4 consta o

tratamento por um sistema de lagoa aerada facultativa, incluindo o pré-tratamento, e na Figura 5 os

principais processos químicos e biológicos que ocorrem.

Figura 4. Esquema de tratamento por lagoa aerada facultativa, incluindo o pré-tratamento.

18.1 – Critérios de projeto

Principais parâmetros de projeto:

a) tempo de detenção: de uma maneira geral adotam-se valores de tempo de detenção hidráulica

variando de 5,0 a 10,0 d.

b) profundidade: a profundidade da lagoa deve ser selecionada de forma a satisfazer os seguintes

critérios:

_ compatibilidade com o sistema de aeração;

_ necessidade de uma camada aeróbia de aproximadamente 2,0 m para oxidar os gases da

decomposição anaeróbia do lodo;

_ os valores usualmente adotados ficam na faixa de 2,5 a 4,5 m.

18.2 – Estimativa de S

Similar ao das lagoas facultativas, mas no caso é composto por DBO solúvel e DBO

particulada, a qual não é mais composta predominantemente por algas e sim pela biomassa, apesar de

parte dos sólidos sedimentarem.

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Figura 5. Principais processos químicos e biológicos que ocorrer numa lagoa facultativa aerada

a) DBO solúvel efluente

A estimativa de DBO solúvel efluente é feita baseada nas mesmas equações para lagoas

facultativas (baseadas nos modelos hidráulicos). O valor de K é mais elevado e valores típicos para o

regime de mistura completa são: K = 0,6 a 0,8 d-1

.

Para temperaturas diferentes de 20 oC utiliza-se = 1,035.

Podem ocorrer as seguintes situações:

Decomposição anaeróbia com hidrólise e acidificação, mas sem metanogênese.

S0 = 100% da DBO total afluente

Clima: frio

Comentário: há regiões com períodos frios em que a etapa de metanogênese não ocorre

totalmente, implicando na liberação de subprodutos intermediários da decomposição. Desta forma a

DBO a requerer estabilização pode ser considerada igual a S0.

Decomposição anaeróbia com hidrólise, acidificação e metanogênese.

S0 = 40 a 70 % da DBO afluente

Clima: quente

Comentário: em condições em que a temperatura do líquido é 15 oC, a estabilização

anaeróbia é completa.

Para efeito de dimensionamento, pode-se considerar, por segurança, que a carga a ser

estabilizada é igual a S0.

b) DBO particulada efluente

Para se calcular a DBO particulada efluente é necessário que se estime Xv. Este valor é função

da turbulência introduzida pelos aeradores e é avaliado através do conceito de densidade de potência.

As lagoas aeradas facultativas trabalham com baixas DP. Os valores de SS ficam em torno de

50 mg/L, mas por segurança pode-se utilizar o valor de 100 mg/L. Uma vez estimada a concentração

de SS no efluente estima-se o valor da DBO a partir da seguinte relação: DBOpart = 0,3 a 0,4 mg

DBO5/mg SS

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18.3 – Requisitos de oxigênio

A quantidade de O2 a ser fornecida pelos aeradores é usualmente igual à DBO última afluente

(DBOu). A DBOu é superior à DBO5 por ser atingida ao final de um longo período de tempo (em

torno de 20 dias). Freqüentemente adota-se 5,146,15DBO

DBOu .

A demanda de oxigênio pode ser considerada igual a S0.

No calculo dos requisitos de O2, pode-se descontar as seguintes parcelas:

_ parcela não estabilizada de DBO (S) saindo com o efluente;

_ parcela de DBO não exercida pelos sólidos saindo. Tal corresponde à DBO particulada.

O Projeto de Normas de Lagoas (1991) sugere que a massa de oxigênio seja 60% da DBO5

aplicada. A quantidade de O2 a ser fornecida pode ser adotada como:

10000 SSaQ

RO onde:

RO = requisito de oxigênio (kg O2/d); a = coeficiente, 0,8 a 1,2 kg O2/ kg de DBO5; Q =

vazão afluente (m3/d); S0 = DBO5 total afluente (g/m

3); S = DBO5 solúvel efluente (g/m

3); 1000 =

conversão de kg para g

18.4 – Sistema de aeração

O sistema mais utilizado é: aeradores mecânicos

Valores aproximados para as faixas de operação dos aeradores em função de sua potência

Faixa de Potência

dos aeradores

(CV)

Profundidade

normal de

operação (m)

Diâmetro de influência(m) Diâmetro da placa

anti erosiva (m) Oxigenação Mistura

5 – 10 2,0 – 3,6 45 – 50 14 – 16 2,6 – 3,4

15 – 25 3,0 – 4,3 60 – 80 19 – 24 3,4 – 4,8

30 – 50 3,8 – 5,2 85 – 100 27 – 32 4,8 – 6,0

Nota: As potências usuais de aeradores são: 1; 2; 3; 5; 7,5; 10; 15; 20; 25; 30; 40 e 50 CV

18.5 – Requisitos energéticos

A energia necessária para o suprimento dos requisitos dos aeradores é calculada com base no

consumo de oxigênio (RO). O parâmetro que converte consumo de oxigênio em consumo de energia

é a eficiência de oxigenação (EO).

Nas condições padrão, a EO situa-se na faixa 1,5 a 2,0 kg O2/kWh. Mas devem ser

consultados os dados do fabricante.

Condições reais de operação: EOcampo = 55 a 60% EOpadrão.

Os requisitos energéticos são dados pela seguinte fórmula:

campoEO

RORE

24 em kW (24 é o termo de transformação de dias em horas)

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