Tratamento de efluentes líquidos industriais

1. Tratamento de efluentes líquidos industriais Lagoas de Estabilização – Lagoas Facultativas

2. Introdução Há diversas variantes dos sistemas de lagoas de estabilização, com diferentes níveis de simplicidade operacional e requisitos de área. • Lagoas facultativas; • Sistema de lagoas anaeróbias seguidas por lagoas facultativas; • Lagoas aeradas facultativas; • Sistema de lagoas aeradas de mistura completa seguidas por lagoas de decantação.

3. Introdução De maneira geral, as lagoas de estabilização são bastante indicadas para regiões de clima quente e países em desenvolvimento, devido aos seguintes aspectos: • Suficiente disponibilidade de área em um grande número de localidades; • Clima favorável (temperatura e insolação elevadas); • Operações simples; • Necessário de poucos ou nenhum equipamento.

4. Observação O lançamento de despejos industriais com características adversas ao equilíbrio biológico das lagoas de estabilização deverá ser submetido a um tratamento prévio antes de seu lançamento a rede de esgoto ou no corpo receptor.

5. Processos de tratamento de efluentes líquidos

6. Processos de tratamento de efluentes líquidos

7. Sistema de lagoas de Estabilização – Lagoa Facultativa Medição de vazão Cx de areia Grade Lagoa Facultativa Fase Sólida Fase Sólida O uso de lagoa facultativa é uma solução simples e de baixo custo, isto quando se dispõe de área com topografia adequada e custo acessível. Esta técnica exige o uso de tratamento preliminar, provido de grade e desarenador. Esta é uma alternativa simples para a construção, e que exige operação mínima, sem qualquer necessidade de se contratar operador especializado.

8. Sistema de Lagoas de Estabilização – Lagoa Anaeróbia – Lagoa Facultativa Sistema Australiano Medição de vazão Cx de areia Grade Lagoa Anaeróbia Lagoa Facultativa Fase Sólida Fase Sólida É uma das melhores soluções técnicas, mas esbarra no problema de necessitar de uma grande área para sua implantação. Na lagoa anaeróbia ocorre à retenção e a digestão anaeróbia do material sedimentável e na facultativa ocorre predominantemente a degradação dos contaminantes solúveis e contidos em partículas suspensas muito pequenas. O lodo retido e digerido na primeira lagoa tem de ser removido em intervalos que geralmente variam de 2 a 5 anos. Na primeira, predomina o processo anaeróbio e na segunda o aeróbio, onde se atribui às algas, a função da produção do oxigênio a ser consumido pelas bactérias.

9. Sistema de Lagoas de Estabilização – Lagoa Aerada Facultativa Medição de vazão Cx de areia Grade Lagoa Aerada Facultativa Fase Sólida Fase Sólida Esta diminui a necessidade de grande área, mas em conseqüência da utilização de aeradores, aumenta o seu custo de operação. Quando o sistema incluir um decantador primário, a lagoa aerada pode ter o tempo de detenção (ou retenção) menor, porém, quando somente se usa grade e caixa de areia, normalmente é empregado um tempo de detenção maior.

10. Sistema de Lagoas de Estabilização – Lagoa Aerada Facultativa Na aeração há produção de lodo biológico, que tem de ser removido antes do lançamento dos efluentes no corpo receptor. Por este motivo emprega-se uma segunda lagoa que tem como função a retenção e digestão desse resíduo. Devido à introdução da mecanização, as lagoas aeradas são menos simples em termos de manutenção e operação, comparadas com as lagoas facultativas convencionais. A redução dos requisitos de área é conseguida empregando certa elevação no nível de operação, além do consumo de energia elétrica.

11. Sistema de Lagoas de Estabilização – Lagoa Aerada de Mistura Completa – Lagoa de Decantação Lagoa Aerada de Mistura Completa Medição de vazão Cx de areia Grade Lagoa de Decantação Fase Sólida Fase Sólida O tempo de detenção típico da lagoa aerada é da ordem de 2 a 4 dias. A operação deste tipo de lagoa são mais complicados devido ao fato de se ter um menor período de armazenagem na lagoa, comparado com os outros sistemas.

12. Sistema de Lagoas de Estabilização – Lagoa Anaeróbia – Lagoa de Facultativa – Lagoa de Maturação Medição de vazão Lagoa Anaerobia Lagoa Facultativa Cx de areia Grade Lagoas de Polimento (maturação) em série Fase Sólida Fase Sólida A função desta lagoa é a remoção de patogênicos. Esta é uma alternativa mais barata à outros métodos como por exemplo a desinfecção por cloração.

14. ROTINAS GERAIS DE OPERAÇÃO • conferir, periodicamente, as condições estruturais da lagoa, minimizando a possibilidade de ocorrência de erosão dos taludes e de infiltração no solo, observando-se a variação do nível da lâmina d’água; • evitar os entupimentos nos dispositivos de entrada, para garantir a distribuição uniforme do esgoto na lagoa; • promover a retirada de materiais grosseiros que, eventualmente, possam passar pelo tratamento preliminar;

15. ROTINAS GERAIS DE OPERAÇÃO • conservar limpos os dispositivos de saída; • conservar as margens da lagoa sem qualquer tipo de vegetação, para evitar a proliferação de insetos; • fazer diariamente a leitura das vazões com freqüência horária e anotar os valores no livro de registro de operação.

16. LAGOAS FACULTATIVAS O processo de tratamento por lagoas facultativas é muito simples e constitui-se unicamente por processos naturais. Estes podem ocorrer em três zonas da lagoa: zona anaeróbia, zona aeróbia e zona facultativa. Medição de vazão Cx de areia Grade Lagoa Facultativa Fase Sólida Fase Sólida

17. Descrição do processo O efluente entra por uma extremidade da lagoa e sai pela outra. Durante este caminho, que pode demorar vários dias, o esgoto sofre os processos que irão resultar em sua purificação. Após a entrada do efluente na lagoa, a matéria orgânica em suspensão (DBO particulada) começa a sedimentar formando o lodo de fundo. Este sofre tratamento anaeróbio na zona anaeróbia da lagoa.

18. Descrição do processo Já a matéria orgânica dissolvida (DBO solúvel) e a em suspensão de pequenas dimensões (DBO finamente particulada) permanecem dispersas na massa líquida. Estas sofrerão tratamento aeróbio nas zonas mais superficiais da lagoa (zona aeróbia). Nesta zona há necessidade da presença de oxigênio. Este é fornecido por trocas gasosas da superfície líquida com a atmosfera e pela fotossíntese realizada pelas algas presentes, fundamentais ao processo.

19. Descrição do processo Para isso há necessidade de suficiente iluminação solar, portanto, estas lagoas devem ser implantadas em lugares de baixa nebulosidade e grande radiação solar. Na zona aeróbia há um equilíbrio entre o consumo e a produção de oxigênio e gás carbônico. Enquanto as bactérias produzem gás carbônico e consomem oxigênio através da respiração, as algas produzem oxigênio e consomem gás carbônico na realização da fotossíntese.

20. Descrição do processo Tem-se o perfeito equilíbrio entre o consumo e a produção de oxigênio e gás carbônico: • BACTÉRIAS – RESPIRAÇÃO • Consumo de oxigênio • Produção de gás carbônico • ALGAS – FOTOSSÍNTESE • Produção de oxigênio • Consumo de gás carbônico

21. Descrição do processo

22. Descrição do processo O efluente de uma lagoa facultativa possui as seguintes características principais: (Cetesb, 1989) • Cor verde devida às algas; • Elevado teor de oxigênio dissolvido; • Sólidos em suspensão, embora praticamente estes não sejam sedimentáveis. (as algas praticamente não sedimentam no teste do cone Imhoff)

23. Influências das algas Numa lagoa de estabilização facultativa, as algas desempenham um papel fundamental. A sua concentração é mais elevada do que a de bactérias. Em termos de sólidos em suspensão secos, a concentração é usualmente inferior a 200mg/l embora em termos de números elas podem estar na contagens na faixa de 104 a 106 organismos por ml.

24. Influências das algas Grupos de algas de importância encontrados nas lagoas de estabilização: • Algas verdes (clorofíceas); • Cianobactérias As espécies variam de local para local, e, ainda, coma posição na série de lagoas (facultativas e lagoas de maturação)

25. Profundidade da zona aeróbia em função da carga de DBO A profundidade da zona aeróbia, além de variar ao longo do dia, varia também com as condições de carga da lagoa. Lagoas com uma maior carga de DBO tendem a possuir uma maior camada anaeróbia, que pode ser praticamente total durante a noite. O pH na lagoa também varia ao longo da profundidade e ao longo do dia. Durante o dia, nas horas de máxima atividade fotossintética, o pH pode atingir valores em torno de 10.

26. Influências das condições ambientais As principais condições ambientais em uma lagoa de estabilização são a radiação solar, temperatura e o vento.

27. Mistura e estratificação térmica Em lagos de pequena profundidade a mistura pode ocorrer uma vez ao dia, de acordo com a seguinte seqüência: • Inicio da manhã, com vento: Mistura completa. A temperatura é uniforme ao longo da profundidade. • Meio da manhã, com sol, sem vento: Aumento da temperatura na camada superficial. A temperatura no fundo, varia pouco, sendo influenciada pela temperatura do solo. • Inicio da noite, sem vento: A camada acima da termoclima perde calor mais rapidamente do que a camada de fundo. Caso as temperaturas das camadas se aproximem, ocorre a mistura • Noite, com vento. O vento auxilia na mistura das camadas. A camada superior afunda, e a inferior se eleva.

28. Critérios de projeto Os principais parâmetros de projeto das lagoas facultativas são: • Taxa de aplicação; • Profundidade; • Tempo de detenção; • Geometria (relação comprimento/largura)

29. Critérios de projeto • Taxa de aplicação superficial. O critério taxa de aplicação superficial (carga orgânica por unidade de área), baseia-se na necessidade de se ter uma área de exposição à luz solar na lagoa. Este critério baseia-se na necessidade de oxigênio para a estabilização da matéria orgânica. A área requerida para a lagoa é calculada em função da taxa de aplicação superficial Ls .

30. Critérios de projeto A área requerida para a lagoa é calculada em função da taxa de aplicação superficial Ls. A taxa é expressa em termos de carga de DBO (L, expressa em KgDBO5 /d) que pode ser tratada por unidade de área da lagoa (A, expressa em ha). A = área requerida para a lagoa (ha) L = carga de DBO total (solúvel + particulada) afluente (kgDBO5 /d) Ls = taxa de aplicação superficial (KgDBO5 /ha.d) A = L / LS

31. Critérios de projeto • Profundidade A profundidade tem influência em aspectos físicos, biológicos e hidrodinâmicos da lagoa. Através da taxa de aplicação superficial e da profundidade tem-se o volume da lagoa. H = Profundidade V = Volume requerido A = Área requerida A faixa de profundidade a ser adotada no projeto situa-se entre 1,5 a 3,0m. H = V/A

32. Critérios de projeto • Tempo de detenção É um parâmetro de verificação (resultante da determinação do volume da lagoa). É o tempo necessário para que os microorganismos procedam à estabilização da matéria orgânica na lagoa. Esta associado ao volume e à vazão de projeto: t = tempo de detenção (d) V = Volume da lagoa (m3 ) Q = vazão média afluente (m3/d) t = V/Q

33. Critérios de projeto • Geometria da Lagoa A relação comprimento/largura (L/B) influencia no regime hidráulico da lagoa. O projeto das lagoas poderá fazer um aproveitamento do terreno disponível e da sua topografia para se obter a relação mais adequada do comprimento/largura. Relação comprimento / largura (L/B) = 2 a 4

34. ROTINA DE OPERAÇÃO - Lagoas • seguir as rotinas gerais de operação de lagoas de estabilização; • retirar todo o material sobrenadante - escumas, óleos, graxas, lodo e folhas usando peneiras ou jatos d’água. O material removido deve ser desidratado, tratado e disposto em valas na área da ETE, com recobrimento diário, ou em aterro sanitário preferencialmente licenciado;

35. ROTINA DE OPERAÇÃO – Lagoas • variar o nível d’água em função da maior ou menor insolação - mais alto no período de maior insolação e mais baixo no de menor insolação; • verificar a coloração do efluente tratado - deve estar preferencialmente verde-claro e sem cheiro; • verificar diariamente as condições de tempo, da temperatura do ar e do líquido, do pH e do oxigênio dissolvido - OD. Os dados devem ser anotados no registro de operação da ETE

36. ESTIMATIVA DA CONCENTRAÇÃO EFLUENTE DE DBO A remoção de DBO processa-se segundo uma reação na qual a taxa de reação é diretamente proporcional à concentração do substrato. Nestas condições o regime hidráulico da lagoa influencia a eficiência do sistema.

37. Características dos modelos hidráulicos

38. Características dos modelos hidráulicos

39. Características dos modelos hidráulicos A eficiência do sistema de remoção de poluentes pela reação (Exemplo: remoção de DBO e coliformes): • Lagoa de fluxo em pistão • Série de lagoas de mistura completa • Lagoa única de mistura completa Maior eficiência Menor eficiência

40. Fórmulas para cálculo de concentração de efluentes S (DBO Solúvel)

41. ARRANJOS DE LAGOAS As lagoas facultativas pode ser projetadas para ter mais de uma lagoa, o que confere flexibilidade operacional. Ao se analisar a divisão das unidades, deve-se levar em consideração: • Células em série: Um sistema de lagoas em série, com um determinado tempo de detenção total, possui uma maior eficiência do que uma lagoa única, com o mesmo tempo de detenção total. Pode-se ter uma menor área ocupada com um sistema de lagoas em série.

42. ARRANJOS DE LAGOAS • Células em paralelo: Possui a mesma eficiência que uma lagoa única. No entanto, o sistema possui uma maior flexibilidade e garantia, no caso de se ter que interromper o fluxo para uma lagoa. • Sobrecarga orgânica na primeira célula: A primeira recebe toda a carga do efluente. O projeto deverá avaliar o balanço de oxigênio nesta célula (produção e consumo). Geralmente constitui-se a primeira célula maior.

43. ACUMULO DE LODO O lodo acumulado no fundo da lagoa é resultado dos sólidos em suspensão do esgoto bruto, incluindo areia, mais microorganismos. A fração orgânica do lodo é estabilizado anaerobiamente, sendo convertida em água e gases. A taxa de acumulo média de lodo em lagoas facultativas é da ordem de apenas 0.03 a 0.08 m3 /hab. Ano. A menos que a lagoa esteja com uma alta carga, o lodo se acumulará por diversos anos, sem necessidade de qualquer remoção.

44. Bibliografia • Lagoas de estabilização, volume 3, Marcos Von Sperling 2ª Edição Ampliada; 2ª 2006. Editora UFMG (publicação do DESA) • Braile, Pedro Marcio. Manual de Tratamento de Águas Residuárias Industriais. São Paulo. CETESB,1993 • Giordano,Gandhi.TRATAMENTO E CONTROLE DE EFLUENTES INDUSTRIAIS. Universidade Estadual do Rio de Janeiro • Fundação Estadual do Meio Ambiente . F981o Orientações básicas para operação de estações de tratamento de esgoto / Fundação Estadual do Meio Ambiente. —- Belo Horizonte: FEAM, 2006.