Quais os processos envolvidos na remoção de nitrogênio em uma lagoa facultativa?

Como visto anteriormente, na publicação sobre lagoa facultativa, esta tecnologia tem o objetivo de digerir a matéria orgânica presente no esgoto doméstico e/ou industrial a fim de ser lançada no ambiente de forma a amenizar os impactos ambientais.

Saiba Mais

Lagoa Facultativa

Sistema de Tratamento de esgoto de baixo custo no Amapá

Métodos de tratamento de efluente em aterro sanitário

O objetivo da lagoa anaeróbia é o mesmo, porém é utilizada quando a carga de DBO (demanda bioquímica de oxigênio) é relativamente alta. A eficiência da remoção de DBO, na lagoa anaeróbia, pode chegar aos 70%, sendo necessária uma segunda unidade para completar o tratamento, na qual, geralmente, é utilizada uma lagoa facultativa. Esse arranjo formado por lagoa anaeróbia e facultativa é chamado de sistema australiano.

Lagoa anaeróbia

A lagoa anaeróbia é caracterizada por utilizar uma área pequena, se comparada à lagoa facultativa, e por todo processo de digestão de matéria orgânica ocorrer em ambiente anaeróbio, ou seja, na ausência de oxigênio.

Esse estado é alcançado devido ao consumo de oxigênio ter taxa superior ao de produção dentro da lagoa. A reaeração atmosférica e fenômenos de fotossíntese exercem pouca influência nesse balanço.

Como as reações anaeróbias geram energia em taxas menores do que as reações aeróbias, o processo de remoção da matéria orgânica se torna mais lento nesse ambiente.

A estrutura de uma lagoa anaeróbia é geralmente simples, sendo mais profunda do que a lagoa facultativa, na ordem de 3 a 5 metros, dependendo dos critérios de dimensionamento, e ocupando área menor. A profundidade da lagoa é que garante a ausência de fotossíntese, impedindo que a luz solar adentre completamente na lagoa.

O processo de tratamento do esgoto envolve a liquefação e formação de ácidos, etapa realizada pelas bactérias acidogênicas, e geração de metano (metanogênese), através das bactérias metanogênicas. O processo de liquefação e formação de ácidos é caracterizado pela transformação da matéria orgânica em compostos mais simples e, posteriormente na metanogênese, em gás metano, havendo a remoção da DBO, sendo o carbono removido na forma de gás metano, que escapa para a atmosfera.

Após o tempo de detenção o efluente segue, parcialmente tratado, para a lagoa facultativa.

Sistema australiano

Como o afluente ainda necessita de tratamento, pois nem toda a matéria orgânica foi removida no processo de digestão anaeróbia, o mesmo segue para uma segunda etapa, a lagoa facultativa, na qual será completado o processo.

Esse sistema formado pela cooperação entre a lagoa anaeróbia seguida de lagoa facultativa recebe a denominação de sistema australiano, sendo utilizado quando existe uma grande demanda por tratamento de efluentes domésticos e/ou industriais, geralmente devido a grande carga de DBO presente.

Figura – Exemplo de Sistema australiano de lagoas

Considerações

Um dos principais aspectos a serem observados quando da implantação de um sistema australiano são as características do efluente a ser tratado, que tem influência direta nos critérios de dimensionamento, verificando sua viabilidade.

A lagoa anaeróbia reduz a área da lagoa facultativa, ou seja, se fosse necessário construir uma lagoa facultativa para remover a mesma quantidade de DBO de um sistema australiano, as dimensões da lagoa facultativa seriam muito maiores do que a conjugação da lagoa anaeróbia com a facultativa.

A lagoa anaeróbia é mais eficiente em climas quentes, devido à reprodução da biomassa e a remoção de DBO ser mais eficiente, porém as bactérias metanogênicas são sensíveis a mudanças ambientais como pH, temperatura e oxigênio dissolvido. Se as condições ambientais não forem favoráveis pode haver um desequilíbrio entre as populações de biomassa, podendo gerar mau odor e interrupção do processo de remoção de DBO.

A digestão anaeróbia influência na estrutura da matéria orgânica que compõe o afluente que será tratado na lagoa facultativa, tornando-o menos propícios a fermentação e a flutuação e aumenta a eficiência da decomposição.

Autor

Elizeu Vasconcelos
Consultor Ambiental

LAGOAS

   As lagoas de estabilização são consideradas como uma das técnicas mais simples de tratamento de esgotos. Dependendo da área disponível, topografia do terreno e grau de eficiência desejado, podem ser empregados os seguintes tipos de sistemas de lagoas de estabilização:Lagoas facultativas
Sistema de lagoas anaeróbias seguidas por lagoas facultativas (Sistema Australiano)
Lagoas aeradas facultativas
Sistema de lagoas aeradas de mistura completa seguida por lagoas de decantação

        Um outro tipo de lagoa empregada no tratamento de esgoto é a lagoa de maturação. Porém esta tem como  objetivo a remoção de patogênicos ao contrário das demais citadas que são destinadas a remoção de matéria orgânica.
         As principais vantagens de um sistema de lagoas são a facilidade de contrução, operação e manutenção e respectivos custos reduzidos,  além da sua satisfatória resistência a variações de carga. Uma grande desvantagem é a necessidade de grandes áreas para a construção.(SPERLING,1996)

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.
        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 suspenção (DBO particulada) começa a sedimentar formando o lodo de fundo. Este sofre tratamento anaeróbio na zona anaeróbia da lagoa. 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. 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 fotossítese. As reações são praticamente as mesmas com direções opostas: Fotossíntese:

CO2 + H2O + Energia Solar    ==>    Matéria Orgânica + O2

Respiração:

Matéria Orgânica + O2           ==>    CO2 + H2O +Energia

        A medida que afasta-se da superfície da lagoa a concentração de oxigênio diminui devido a menor ocorrência da fotossíntese. Também durante a noite não há realização de fotossítese, enquanto que a respiração continua ocorrendo. Esta zona, onde pode ocorrer ausência ou presença de oxigênio é denominada zona facultativa. Nela a estabilização de matéria orgânica ocorre por meio de bactérias facultativas, que podem sobreviver tanto na ausência quanto na presença de oxigênio.
        As lagoas facultativas dependem da fotossíntese para a produção de oxigênio, como já foi dito anteriormente. Desta forma, a eficiência desse tipo de sistema de tratamento depende da disponibilidade de grandes áreas para que a exposição à luz solar seja adequada, podendo a chegar a valores de 70 a 90 % de remoção de DBO. Como a atividade fundamental do processo consiste no desenvolvimento das algas e estas da presença de luz, as profundidades das lagoas restringem-se a valores variáveis entre 1,5 e 2,0 m, porém, com volumes elevados, de forma a permitir a manutenção de grandes períodos de detenção, em geral de 15 a 20 dias.
        Para conhecer exemplos de lagoas facultativas utilizadas para tratar esgotos sanitários no estado de São Paulo, visite os links Lagoa Jardim Paulistano I e Lagoa City Petrópolis.

SISTEMAS DE LAGOAS ANAERÓBIAS SEGUIDAS POR LAGOAS FACULTATIVAS
(SISTEMA AUSTRALIANO)

        Este sistema de tratamento de esgoto constituído por lagoas anaeróbias seguidas por lagoas facultativas, também conhecido como sistema australiano.
        As lagoas anaeróbias  é normalmente profunda,  variando entre  4 a 5 metros. A profundidade tem a finalidade de impedir que o oxigênio produzido pela camada superficial seja transmitido às camadas inferiores. Para garantir as condições de anaerobiose é lançado uma grande quantidade de efluente por unidade de volume da lagoa. Com isto o consumo de oxigênio será superior ao reposto pelas camadas superficiais. Como a superfície da lagoa é pequena comparada com sua profundidade, o oxigênio produzido pelas algas e o  proveniente da reaeração atmosférica são considerados desprezíveis. No processo anaeróbio a decomposição da matéria orgânica gera subprodutos de alto poder energético (biogás) e, desta forma, a disponibilidade de energia para a reprodução e metabolismo das bactérias é menor que no processo aeróbio.
        A eficiência de remoção de DBO por uma lagoa anaeróbia é da ordem de 50% a 60%. Como a DBO efluente é ainda elevada, existe a necessidade de uma outra unidade de tratamento. Neste caso esta unidade constitui-se de uma lagoa facultativa, porém esta necessitará de uma área menor devido ao pré-tratamento do esgoto na lagoa anaeróbia. O sistema lagoa anaeróbia + lagoa facultativa representa uma economia de cerca de 1/3 da área ocupada por uma lagoa facultativa trabalhando como unidade única para tratar a mesma quantidade de esgoto. Devido a presença da lagoa anaeróbia, maus odores, provenientes da liberação de gás sulfídrico,  podem ocorrer como consequencia de problemas operacionais. Por este motivo este sistema deve ser localizado em áreas afastadas, longe de bairros residenciais. (SPERLING,1996)
        Para conhecer exemplos de ETEs que utilizam o Sistema Australiano para tratamento de esgotos sanitários visite os links Lagoa Jardim Paulistano II e Lagoa Restinga.

LAGOAS AERADAS FACULTATIVAS         A principal diferença entre este tipo de sistema e uma lagoa facultativa convencional é que o oxigênio, ao invés de ser produzido por fotossíntese realizada pelas algas, é fornecido por aeradores mecânicos. Estes constituem-se de equipamentos providos de turbinas rotativas de eixo vertical que causam um grande turbilhonamento na água através de  rotação em grande velocidade. O turbilhonamento da água facilita a penetração e dissolução do oxigênio. Tendo em vista a maior introdução de oxigênio na massa líquida do que é possível numa lagoa facultativa convencional, há uma redução significativa no volume necessário para esse tipo de sistema, sendo suficiente um tempo de detenção hidráulica variando entre  5 a 10 dias, e como consequência, o requesito de área é menor.
        O grau de energia introduzido na lagoa através dos aeradores é suficiente apenas para a obtenção de oxigênio, porém não é suficiente para a manutenção dos sólidos em suspensão e bactérias dispersos na massa líquida. Portanto ocorre sedimentação da matéria orgânica formando o lodo de fundo que será estabilizado anaerobiamete como em uma lagoa facultativa convencional.
        A lagoa aerada pode ser utilizada quando se deseja um sistema predominantemente aeróbio e a disponibilidade de área é insuficiente para a instalação de uma lagoa facultativa convencional. Devido a introdução de equipamentos eletro-mecânicos a complexidade e manutenção operacional do sistema é aumentada, além da necessidade de consumo de energia elétrica. A lagoa aerada pode também ser uma solução para lagoas facultativas que operam de forma saturada e não possuem área suficiente para sua expansão. (SPERLING,1996)

SISTEMAS DE LAGOAS AERADAS DE MISTURA COMPLETA SEGUIDAS POR LAGOAS DE DECANTAÇÃO

       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.
       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)

LAGOAS DE MATURAÇÃO

      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. (SPERLING,1996)
      Para conhecer um exemplo de ETE que se utiliza de uma lagoa de maturação para a remoção de patogênicos visite o link Lagoa Jardim Paulistano II.

Como ocorre a remoção do nitrogênio em sistemas de tratamento de efluentes?

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