pH

A atividade da fotossíntese requer a disponibilidade de grande quantidade de CO. Em lagoas facultativas ou aeróbicas, o carbono disponível a partir do íon bicarbonato e a produção do íon OH provocam períodos em que o pH é relativamente elevado. Assim, nas últimas horas do dia podem ser atingidos valores de pH superiores a 9. O desenvolvimento de um pH muito alto faz com que a atividade bacteriana diminua, a produção de CO seja reduzida e o processo simbiótico diminua.

O aproveitamento quase completo do CO disponível, pelos processos de fotossíntese, pode aumentar o pH até atingir 11.[6]​ A precipitação do cálcio como carbonato, em águas com dureza elevada, ajuda a conter o aumento do pH, já que a precipitação do carbonato de cálcio do bicarbonato presente na água é feita com a liberação de H:.

O pH também afeta a mortalidade de bactérias nas lagoas de estabilização. Estudos realizados em Portugal mostram que a mortalidade de bactérias é maior se o pH for superior a 8,5.[8] O valor do pH no qual os coliformes morrem varia de um autor para outro, mas é geralmente aceito que esse limite seja superior a 9.

profundidade da lagoa

A profundidade ideal do tanque é influenciada, até certo ponto, pela superfície do tanque. Deve-se levar em consideração que a aeração e a fotossíntese ocorrem preferencialmente próximo à interface entre o ar e o líquido, onde é recebida a maior iluminação necessária aos processos de fotossíntese das algas. Por outro lado, lagoas rasas estimulam o crescimento de vegetação emergente. À medida que a profundidade aumenta, a irradiação e o contato com o oxigênio atmosférico tornam-se menores e processos de degradação anaeróbica da matéria orgânica começam a ocorrer, gerando metano, que poderia ser descrito pela reação:

Esta reação, em que {CHO} denota matéria orgânica geral não nitrogenada, é na verdade uma série de processos de biodegradação facilitados por certas bactérias anaeróbias e que poderia ser definido como um processo redox em que tanto os agentes oxidantes quanto os redutores são substâncias orgânicas [9]​ e que ocorre principalmente na parte mais profunda da lagoa e no lodo depositado no fundo. A posterior oxidação bioquímica do metano requer o aporte de mais oxigênio, o que reduz a eficácia das lagoas baseadas em processos aeróbicos:

Em lagoas rasas o metano (CH) escapa para a atmosfera, em lagoas profundas pode exigir muito oxigênio das camadas superiores, embora o dióxido de carbono (CO) formado possa participar da fotossíntese das algas. Portanto, é importante buscar um compromisso no projeto dos tanques que também evite o crescimento de vegetação indesejável. Na maioria dos casos as lagoas apresentam profundidades superiores a 1 m, o que é suficiente para impedir esse crescimento. A intensidade da mistura também depende da profundidade; Em profundidades menores, o vento proporciona maior mistura e, além disso, haverá maior área superficial, o que favorece a aeração superficial. A profundidade também afeta a temperatura da lagoa; quanto maior a profundidade, menos calor é perdido, o que permite uma decomposição mais intensa. Em projetos de carga superficial, a profundidade aumenta com o tempo de retenção e constitui um fator determinante das dimensões físicas da lagoa para fornecer eficiências específicas de remoção de coliformes fecais. Com base em pesquisas recentes, a tendência é considerar profundidades superiores a 1,5 m com o objetivo de fornecer volume adicional para armazenar o lodo e porque em alguns casos aparentemente a remoção de DBO é mais em função da carga orgânica volumétrica do que da carga orgânica superficial.

Nutrientes

Entre os nutrientes essenciais para o crescimento das algas estão obviamente o carbono, o nitrogênio, o fósforo, o cálcio e o magnésio.

Sedimentação de lodo

A quantidade de lodo acumulado por sedimentação é extremamente variável, dependendo da concentração de material sedimentável contido nas águas residuais e da taxa de decomposição dos resíduos sedimentados.

Alguns autores explicam a influência da camada de lodo desta forma:[10]​ Lagoas primárias facultativas: Nessas lagoas, parte da redução de DBO se deve à sedimentação de material orgânico. Esse lodo se decompõe anaerobicamente, reduzindo sua concentração orgânica e liberando os produtos de sua fermentação anaeróbica. Inicialmente o volume do lodo aumenta, mas, no longo prazo, a DBO contribuída pela sedimentação é compensada pela DBO reduzida pelo processo anaeróbio, deixando o volume inalterado.

O fundo de uma lagoa facultativa comporta-se como área de armazenamento de lodo em decomposição anaeróbia. Durante a estação fria, o volume de lodo geralmente aumenta devido à diminuição da taxa de estabilização anaeróbica. Pelo contrário, em períodos quentes, como o verão, ocorrerá uma redução de volume, à medida que aumenta a taxa de decomposição.

Por outro lado, em climas muito quentes, com elevada taxa de decomposição anaeróbica, a capacidade de oxigenação da camada aeróbia pode ser ultrapassada e consequentemente a lagoa torna-se uma lagoa totalmente anaeróbica. Se quiser evitar isso, você pode pensar em alguns meios para aumentar a oxigenação. Isto, em lagoas já construídas, pode ser conseguido através de arejamento forçado.

A extração periódica de lamas é uma das tarefas incluídas na operação das lagoas. A presença de “espuma” flutuante na lagoa, causando mau odor, pode ser um indício de que o lodo se acumulou excessivamente e deve ser removido.

Nas lagoas facultativas, a taxa de acumulação de lodo é estimada em 0,03 m³/habitante/ano.[11]​.

O lodo é um subproduto do processo de tratamento de águas residuais. Ocorre em processos de tratamento primário e secundário. O lodo biológico provém do tratamento secundário de águas residuais domésticas e é principalmente o excesso de biomassa produzida em processos biológicos e material mineral em suspensão. O tratamento de lamas, pelas suas características, apresenta alguns problemas e dificuldades; pelas suas características:

O aumento do tratamento de águas residuais começou a gerar como consequência um aumento nas quantidades de lamas produzidas, criando a necessidade de gerir adequadamente este subproduto para alterar o menos possível o ambiente.[12]​.

Em geral, o lodo é composto principalmente pelos elementos que compõem o efluente, pelos aditivos químicos utilizados no processo e pela massa bacteriana que participa do tratamento. Possuem umidade próxima a 80%, altos teores de matéria orgânica, chegando a 65%, e importantes teores de macro e micronutrientes; Enquanto a matéria orgânica serve como condicionador do solo, os macro e micronutrientes servem como fonte de nutrientes para as plantas.[13]​ Esses aspectos positivos do lodo são compensados ​​por alguns fatores negativos, como a presença de microrganismos patogênicos, concentrações indesejáveis ​​de elementos metálicos e a possível presença de compostos orgânicos persistentes potencialmente tóxicos que não foram suficientemente estudados em todos os ambientes climáticos e sociais.[14]​[15]​.

Qualquer que seja o destino final do lodo, ele deverá passar por algum processo de estabilização para minimizar riscos à saúde. Isto está relacionado à redução da umidade, à redução do potencial de atração de vetores e à redução ou eliminação do conteúdo de microrganismos patogênicos. A quantidade de lamas geradas deve ser gerida de forma responsável nas diferentes estações de tratamento, para isso é vital conhecer a sua composição química, física e bacteriológica, para realizar uma gestão adequada.[16]​.

Ventos

A mistura das águas em uma lagoa de estabilização depende de vários fatores, inclusive do vento. A energia eólica dissipada na mistura é função da extensão da lagoa; Portanto, lagoas grandes tendem a ter melhor mistura do que lagoas pequenas.

A mistura é importante porque proporciona uma distribuição mais uniforme de temperatura, oxigênio e algas por todo o tanque.

O vento pode assim ajudar a estabelecer condições aeróbicas até ao fundo da lagoa. O efeito máximo do vento é obtido quando é permitido um espaço livre de obstáculos para sua ação (“fetch”) de 100 a 200 m. Para favorecer a ação do vento, são construídas lagoas com seu maior comprimento paralelo à direção predominante do vento. Para minimizar os curtos-circuitos causados ​​pela ação do vento, o eixo de entrada-saída da lagoa deve ser alinhado perpendicularmente à direção predominante do vento, devem ser colocadas telas que forneçam guias de condução do fluxo de água e melhorem a eficiência do tratamento.

Numa lagoa estratificada de fluxo lento, as algas depositam-se na lama e a produção fotossintética de oxigénio na zona aeróbica é reduzida.

Sulfetos

A existência de compostos residuais influentes de enxofre afeta a biota das lagoas de estabilização, como qualquer processo biológico, ao promover uma mudança de algas verdes para algas verde-azuladas.

A bactéria redutora Desulfovibrio utiliza sulfato como aceitador de hidrogênio inorgânico e produz grande quantidade de sulfetos em ambiente anaeróbico.

Se o pH permanecer alto, o enxofre reduzido permanece em solução como um íon dissulfeto. Alguns estudos[17]​ indicam que os sulfetos são tóxicos para algas em concentrações de 6 a 7 mg/L; embora concentrações de até 8 mg/L, por alguns dias, não afetem sensivelmente a remoção de DBO.

Existem dois tipos de bactérias que oxidam compostos com enxofre reduzido. O primeiro grupo são bactérias incolores, estritamente anaeróbicas, que usam oxigênio molecular como aceptor de elétrons. Estas bactérias são raras em lagoas de estabilização e, se encontradas, o seu ambiente ideal é a camada superficial da lagoa. O segundo grupo são as bactérias sulfurosas fotossintéticas, estritamente anaeróbicas, que utilizam luz solar e sulfetos, bem como CO como aceitador de hidrogênio. Essas bactérias conferem à água uma cor vermelha ou marrom e aparecem quando há sulfetos e anaerobiose. A oxidação do sulfeto ocorre em dois estágios:[17]​.

Como pode ser visto nas equações acima, este tipo de fotossíntese não produz redução de oxigênio ou DBO.

oxigênio dissolvido

Dependendo de cada lagoa, a camada oxigenada superficial apresenta variação na quantidade de oxigênio dissolvido (OD), apresentando seu máximo nos horários diurnos, devido à ação da fotossíntese, podendo até atingir a supersaturação, e apresentando mínimo nos horários noturnos.

Durante o dia, foram medidos valores de 36 mg/L. Para ter em conta as variações de OD, a amostragem de uma lagoa de estabilização deve abranger períodos de 24 horas.

A camada aeróbia superficial de uma lagoa facultativa atua como uma barreira, retendo a água anaeróbica do fundo em maiores profundidades, contendo H S e CH. Os produtos gasosos da decomposição do lodo depositado no fundo são oxidados à medida que passam pela camada superior da lagoa. Se a disponibilidade de oxigênio for reduzida neste estrato, poderão ocorrer maus odores. A profundidade da camada com presença de OD, ou profundidade da oxipausa, depende, entre outros, da carga superficial da lagoa, da temperatura, da radiação solar, da fotossíntese e do grau de reaeração superficial.

radiação solar

A radiação solar compreende toda a radiação luminosa direta, difusa ou dispersa recebida sobre uma superfície horizontal, por dia. Pode ser expresso em Langleyds/d, calorias por cm² por dia (cal/cm².d). As estações meteorológicas completas possuem instrumentos para registro contínuo da radiação solar.

A radiação solar recebida depende da estação do ano, da latitude, da cobertura de nuvens e da poluição atmosférica.

A absorção de energia solar nas lagoas de estabilização e maturação é muito importante, pois através da fotossíntese das algas favorece a destruição de organismos patogênicos, reduz a cor da lagoa e influencia favoravelmente a temperatura da água. A absorção da radiação solar é seletiva, em águas naturais a absorção da banda ultravioleta desinfetante (253,7 nm) é apreciável, e produz uma diminuição da cor natural de aproximadamente 20% ao mês.[18]​.

A capacidade térmica da água ou calor específico, ou em outras palavras, a quantidade de calor necessária para elevar 1 grama de água em um grau Celsius de temperatura, à pressão atmosférica, é de 1 cal/gC ou 4,186 J/gC.

A lagoa funciona como um meio natural de desinfecção graças, principalmente, à exposição solar por um período relativamente longo e à possível produção de substâncias antibióticas pelas algas.[18]​.

A radiação visível com comprimentos de onda entre 400 e 700 nm é considerada a energia disponível para a fotossíntese.

Temperatura

A atividade das bactérias tem uma temperatura ideal; se a água estiver em temperaturas mais baixas ou mais altas, a atividade será reduzida. Em geral, considera-se que com o aumento de 10 °C a atividade das bactérias duplica, atingindo um máximo de 35 a 38 °C.

Organismos de água fria, organismos psicrófilos, vivem em temperaturas de 0 a 10 °C e apresentam, em geral, baixa taxa de crescimento. Tanto a decomposição aeróbica quanto a anaeróbica ocorrem lentamente em baixas temperaturas. Também podem estar presentes na água organismos mesófilos, que se desenvolvem em temperaturas entre 10 e 40 °C, e termófilos em temperaturas entre 40 e 70 °C, que apresentam atividade purificadora diferente, dependendo da temperatura. Estes, juntamente com a luz solar, são os fatores físicos mais influentes na fotossíntese. As algas diatomáceas apresentam temperatura crítica mais baixa para realizar o processo de fotossíntese do que as algas verde-azuladas, que são mais tolerantes a águas quentes. Em geral, as algas verdes são tolerantes a uma ampla gama de temperaturas. Nas lagoas de estabilização, a taxa máxima de crescimento de algas mesófilas ocorre entre 30 e 35.C.[19]​.

A temperatura tem um efeito importante na mistura da água na lagoa, especialmente se observarmos a formação de uma termoclina ou camada de água que separa uma zona superior quente de uma zona inferior mais fria. A principal fonte de calor de uma lagoa é a radiação solar; Esse calor é trocado por evaporação e com fluxos afluentes e efluentes, bem como com precipitação. Em dias ensolarados a quantidade de calor armazenado na lagoa aumenta durante o dia, durante os dias sem sol e à noite a lagoa perde calor para o seu entorno. Os dois metros superiores da lagoa absorvem aproximadamente 50% da radiação solar, aquecendo-a. Quando a água afluente é fria, tendo maior densidade, ela fica no fundo e a água quente fica na superfície.

Em lagoas rasas, o vento contínuo induz uma circulação produzindo mistura das águas que por sua vez produz um perfil de temperatura aproximadamente uniforme. Por outro lado, na ausência de ventos e com um clima quente, podem desenvolver-se estratificações térmicas transitórias e formar-se uma termoclina ou camada com uma mudança repentina de temperatura. Isto pode desaparecer à medida que a temperatura cai durante o tempo frio e ventoso.

A relação entre a temperatura ambiente e a temperatura da água numa lagoa varia dependendo das condições ambientais gerais, como pode ser visto nas fórmulas empíricas seguintes.

Onde:.

A temperatura da água nas lagoas é 2 a 3,C superior à temperatura ambiente no inverno e 2 a 3,C inferior à temperatura ambiente no verão.[22]​.

A temperatura também afeta a taxa de mortalidade de coliformes. Em geral, a taxa de mortalidade de coliformes fecais aumenta quando a temperatura aumenta.[23]​[24]​.

Infiltração

A infiltração inicial, em lagoas não impermeabilizadas, pode ser importante em áreas áridas. No entanto, a infiltração é reduzida ao longo do tempo graças à sedimentação de lamas, algas e bactérias. Em solos porosos, as lacunas podem selar em cerca de 3 meses.[20]​

A percolação em uma lagoa é função de muitas variáveis e é muito difícil prever seu valor, mesmo com estudos profundos do solo. A vedação ou impermeabilização natural de lagoas ocorre com base em três mecanismos:

Evaporação

A evaporação pode ser importante em áreas secas, quentes e ventosas, mas geralmente não excede muito a contribuição das águas pluviais, exceto em áreas onde há déficit no balanço hídrico, como em áreas desérticas da costa peruana, nas terras altas bolivianas, entre outras.

Geometria da lagoa

A forma da lagoa de estabilização depende basicamente da topografia. Podem ter qualquer formato geométrico, mas são preferidos tanques com bordas uniformes e contínuas que evitem a estagnação da água e a formação de zonas mortas ou a incidência de curtos-circuitos.

As lagoas podem ser quadradas (relação comprimento/largura de 1/1), mas são preferidas retangulares com relação comprimento/largura de 2/1 a 4/1, para estimular o fluxo em tampão e garantir melhor desempenho.

Alguns autores recomendam unidades paralelas para facilitar a manutenção, permitir expansão modular quando a vazão aumenta e possibilidade de interligação ou recirculação de efluentes. Eles também recomendam fornecer trens de fluxo para fluxos inferiores a 5.000 m³/d, um mínimo de 3 células em série ou tamanhos máximos de 16 ha.[25]​.

DBO e sólidos dissolvidos

A produção de efluentes, com alta DBO, em muitas lagoas de estabilização, é resultado do crescimento da biomassa suspensa na lagoa e não do escape de DBO do afluente que passa por ela; conforme confirmado pelos testes DVO em efluentes filtrados e não filtrados.

O acima exposto aumenta a capacidade das lagoas para tratar águas residuais, mas também enfatiza a necessidade de parar adequadamente a biomassa de algas e bactérias do efluente, se forem desejados efluentes de alta qualidade em termos de DBO e sólidos suspensos totais.

Estudos realizados nas lagoas de San Juan[26][27]​ indicam que para cargas de 450 a 1100 kg DBO/habitante, em lagoas primárias, a DBO suspensa é em torno de 70% da DBO solúvel e que em lagoas secundárias, com cargas de 50-200 kg DBO/habitante, a DBO suspensa é maior que a DBO solúvel. A relação entre DBO total e DBO solúvel é, no entanto, muito variável e existem estudos onde esta relação varia entre 1,2 e 8,3.

Se uma lagoa de estabilização conseguir produzir biomassa sedimentável e fácil de reter, o efluente será de muito boa qualidade. Em geral, pode-se supor que uma única lagoa pequena libere grandes quantidades de biomassa e que várias lagoas em série permitam maior sedimentação de biomassa e, portanto, um efluente com maior remoção de sólidos em suspensão. Para determinar as condições ótimas para atingir esse propósito, são necessárias ainda mais pesquisas e estudos dos processos.

Na União Europeia, os requisitos para efluentes de sistemas de lagoas de estabilização são:[28]​.

Adicionalmente, para os efluentes lançados em águas sensíveis à eutrofização, é necessário o seguinte:

Tempo de retenção

O tempo de retenção é o parâmetro mais importante na determinação da remoção de coliformes fecais em uma lagoa e, portanto, na eliminação de organismos patogênicos das águas residuais. Por exemplo, nos estudos realizados nas lagoas de San Juan, determinou-se que para a remoção completa dos protozoários são necessárias duas lagoas de estabilização em série com um período de retenção total de 36,7 dias. Os helmintos foram eliminados em duas lagoas em série com tempo de retenção de 5,5 dias, e a Salmonella não pôde ser completamente eliminada em duas lagoas em série com tempo de retenção total de 36,7 dias. A dependência da mortalidade bacteriana no tempo de retenção foi demonstrada em numerosos estudos.[8][27]​.

pH

A atividade da fotossíntese requer a disponibilidade de grande quantidade de CO. Em lagoas facultativas ou aeróbicas, o carbono disponível a partir do íon bicarbonato e a produção do íon OH provocam períodos em que o pH é relativamente elevado. Assim, nas últimas horas do dia podem ser atingidos valores de pH superiores a 9. O desenvolvimento de um pH muito alto faz com que a atividade bacteriana diminua, a produção de CO seja reduzida e o processo simbiótico diminua.

O aproveitamento quase completo do CO disponível, pelos processos de fotossíntese, pode aumentar o pH até atingir 11.[6]​ A precipitação do cálcio como carbonato, em águas com dureza elevada, ajuda a conter o aumento do pH, já que a precipitação do carbonato de cálcio do bicarbonato presente na água é feita com a liberação de H:.

O pH também afeta a mortalidade de bactérias nas lagoas de estabilização. Estudos realizados em Portugal mostram que a mortalidade de bactérias é maior se o pH for superior a 8,5.[8] O valor do pH no qual os coliformes morrem varia de um autor para outro, mas é geralmente aceito que esse limite seja superior a 9.

profundidade da lagoa

A profundidade ideal do tanque é influenciada, até certo ponto, pela superfície do tanque. Deve-se levar em consideração que a aeração e a fotossíntese ocorrem preferencialmente próximo à interface entre o ar e o líquido, onde é recebida a maior iluminação necessária aos processos de fotossíntese das algas. Por outro lado, lagoas rasas estimulam o crescimento de vegetação emergente. À medida que a profundidade aumenta, a irradiação e o contato com o oxigênio atmosférico tornam-se menores e processos de degradação anaeróbica da matéria orgânica começam a ocorrer, gerando metano, que poderia ser descrito pela reação:

Esta reação, em que {CHO} denota matéria orgânica geral não nitrogenada, é na verdade uma série de processos de biodegradação facilitados por certas bactérias anaeróbias e que poderia ser definido como um processo redox em que tanto os agentes oxidantes quanto os redutores são substâncias orgânicas [9]​ e que ocorre principalmente na parte mais profunda da lagoa e no lodo depositado no fundo. A posterior oxidação bioquímica do metano requer o aporte de mais oxigênio, o que reduz a eficácia das lagoas baseadas em processos aeróbicos:

Em lagoas rasas o metano (CH) escapa para a atmosfera, em lagoas profundas pode exigir muito oxigênio das camadas superiores, embora o dióxido de carbono (CO) formado possa participar da fotossíntese das algas. Portanto, é importante buscar um compromisso no projeto dos tanques que também evite o crescimento de vegetação indesejável. Na maioria dos casos as lagoas apresentam profundidades superiores a 1 m, o que é suficiente para impedir esse crescimento. A intensidade da mistura também depende da profundidade; Em profundidades menores, o vento proporciona maior mistura e, além disso, haverá maior área superficial, o que favorece a aeração superficial. A profundidade também afeta a temperatura da lagoa; quanto maior a profundidade, menos calor é perdido, o que permite uma decomposição mais intensa. Em projetos de carga superficial, a profundidade aumenta com o tempo de retenção e constitui um fator determinante das dimensões físicas da lagoa para fornecer eficiências específicas de remoção de coliformes fecais. Com base em pesquisas recentes, a tendência é considerar profundidades superiores a 1,5 m com o objetivo de fornecer volume adicional para armazenar o lodo e porque em alguns casos aparentemente a remoção de DBO é mais em função da carga orgânica volumétrica do que da carga orgânica superficial.

Nutrientes

Entre os nutrientes essenciais para o crescimento das algas estão obviamente o carbono, o nitrogênio, o fósforo, o cálcio e o magnésio.

Sedimentação de lodo

A quantidade de lodo acumulado por sedimentação é extremamente variável, dependendo da concentração de material sedimentável contido nas águas residuais e da taxa de decomposição dos resíduos sedimentados.

Alguns autores explicam a influência da camada de lodo desta forma:[10]​ Lagoas primárias facultativas: Nessas lagoas, parte da redução de DBO se deve à sedimentação de material orgânico. Esse lodo se decompõe anaerobicamente, reduzindo sua concentração orgânica e liberando os produtos de sua fermentação anaeróbica. Inicialmente o volume do lodo aumenta, mas, no longo prazo, a DBO contribuída pela sedimentação é compensada pela DBO reduzida pelo processo anaeróbio, deixando o volume inalterado.

O fundo de uma lagoa facultativa comporta-se como área de armazenamento de lodo em decomposição anaeróbia. Durante a estação fria, o volume de lodo geralmente aumenta devido à diminuição da taxa de estabilização anaeróbica. Pelo contrário, em períodos quentes, como o verão, ocorrerá uma redução de volume, à medida que aumenta a taxa de decomposição.

Por outro lado, em climas muito quentes, com elevada taxa de decomposição anaeróbica, a capacidade de oxigenação da camada aeróbia pode ser ultrapassada e consequentemente a lagoa torna-se uma lagoa totalmente anaeróbica. Se quiser evitar isso, você pode pensar em alguns meios para aumentar a oxigenação. Isto, em lagoas já construídas, pode ser conseguido através de arejamento forçado.

A extração periódica de lamas é uma das tarefas incluídas na operação das lagoas. A presença de “espuma” flutuante na lagoa, causando mau odor, pode ser um indício de que o lodo se acumulou excessivamente e deve ser removido.

Nas lagoas facultativas, a taxa de acumulação de lodo é estimada em 0,03 m³/habitante/ano.[11]​.

O lodo é um subproduto do processo de tratamento de águas residuais. Ocorre em processos de tratamento primário e secundário. O lodo biológico provém do tratamento secundário de águas residuais domésticas e é principalmente o excesso de biomassa produzida em processos biológicos e material mineral em suspensão. O tratamento de lamas, pelas suas características, apresenta alguns problemas e dificuldades; pelas suas características:

O aumento do tratamento de águas residuais começou a gerar como consequência um aumento nas quantidades de lamas produzidas, criando a necessidade de gerir adequadamente este subproduto para alterar o menos possível o ambiente.[12]​.

Em geral, o lodo é composto principalmente pelos elementos que compõem o efluente, pelos aditivos químicos utilizados no processo e pela massa bacteriana que participa do tratamento. Possuem umidade próxima a 80%, altos teores de matéria orgânica, chegando a 65%, e importantes teores de macro e micronutrientes; Enquanto a matéria orgânica serve como condicionador do solo, os macro e micronutrientes servem como fonte de nutrientes para as plantas.[13]​ Esses aspectos positivos do lodo são compensados ​​por alguns fatores negativos, como a presença de microrganismos patogênicos, concentrações indesejáveis ​​de elementos metálicos e a possível presença de compostos orgânicos persistentes potencialmente tóxicos que não foram suficientemente estudados em todos os ambientes climáticos e sociais.[14]​[15]​.

Qualquer que seja o destino final do lodo, ele deverá passar por algum processo de estabilização para minimizar riscos à saúde. Isto está relacionado à redução da umidade, à redução do potencial de atração de vetores e à redução ou eliminação do conteúdo de microrganismos patogênicos. A quantidade de lamas geradas deve ser gerida de forma responsável nas diferentes estações de tratamento, para isso é vital conhecer a sua composição química, física e bacteriológica, para realizar uma gestão adequada.[16]​.

Ventos

A mistura das águas em uma lagoa de estabilização depende de vários fatores, inclusive do vento. A energia eólica dissipada na mistura é função da extensão da lagoa; Portanto, lagoas grandes tendem a ter melhor mistura do que lagoas pequenas.

A mistura é importante porque proporciona uma distribuição mais uniforme de temperatura, oxigênio e algas por todo o tanque.

O vento pode assim ajudar a estabelecer condições aeróbicas até ao fundo da lagoa. O efeito máximo do vento é obtido quando é permitido um espaço livre de obstáculos para sua ação (“fetch”) de 100 a 200 m. Para favorecer a ação do vento, são construídas lagoas com seu maior comprimento paralelo à direção predominante do vento. Para minimizar os curtos-circuitos causados ​​pela ação do vento, o eixo de entrada-saída da lagoa deve ser alinhado perpendicularmente à direção predominante do vento, devem ser colocadas telas que forneçam guias de condução do fluxo de água e melhorem a eficiência do tratamento.

Numa lagoa estratificada de fluxo lento, as algas depositam-se na lama e a produção fotossintética de oxigénio na zona aeróbica é reduzida.

Sulfetos

A existência de compostos residuais influentes de enxofre afeta a biota das lagoas de estabilização, como qualquer processo biológico, ao promover uma mudança de algas verdes para algas verde-azuladas.

A bactéria redutora Desulfovibrio utiliza sulfato como aceitador de hidrogênio inorgânico e produz grande quantidade de sulfetos em ambiente anaeróbico.

Se o pH permanecer alto, o enxofre reduzido permanece em solução como um íon dissulfeto. Alguns estudos[17]​ indicam que os sulfetos são tóxicos para algas em concentrações de 6 a 7 mg/L; embora concentrações de até 8 mg/L, por alguns dias, não afetem sensivelmente a remoção de DBO.

Existem dois tipos de bactérias que oxidam compostos com enxofre reduzido. O primeiro grupo são bactérias incolores, estritamente anaeróbicas, que usam oxigênio molecular como aceptor de elétrons. Estas bactérias são raras em lagoas de estabilização e, se encontradas, o seu ambiente ideal é a camada superficial da lagoa. O segundo grupo são as bactérias sulfurosas fotossintéticas, estritamente anaeróbicas, que utilizam luz solar e sulfetos, bem como CO como aceitador de hidrogênio. Essas bactérias conferem à água uma cor vermelha ou marrom e aparecem quando há sulfetos e anaerobiose. A oxidação do sulfeto ocorre em dois estágios:[17]​.

Como pode ser visto nas equações acima, este tipo de fotossíntese não produz redução de oxigênio ou DBO.

oxigênio dissolvido

Dependendo de cada lagoa, a camada oxigenada superficial apresenta variação na quantidade de oxigênio dissolvido (OD), apresentando seu máximo nos horários diurnos, devido à ação da fotossíntese, podendo até atingir a supersaturação, e apresentando mínimo nos horários noturnos.

Durante o dia, foram medidos valores de 36 mg/L. Para ter em conta as variações de OD, a amostragem de uma lagoa de estabilização deve abranger períodos de 24 horas.

A camada aeróbia superficial de uma lagoa facultativa atua como uma barreira, retendo a água anaeróbica do fundo em maiores profundidades, contendo H S e CH. Os produtos gasosos da decomposição do lodo depositado no fundo são oxidados à medida que passam pela camada superior da lagoa. Se a disponibilidade de oxigênio for reduzida neste estrato, poderão ocorrer maus odores. A profundidade da camada com presença de OD, ou profundidade da oxipausa, depende, entre outros, da carga superficial da lagoa, da temperatura, da radiação solar, da fotossíntese e do grau de reaeração superficial.

radiação solar

A radiação solar compreende toda a radiação luminosa direta, difusa ou dispersa recebida sobre uma superfície horizontal, por dia. Pode ser expresso em Langleyds/d, calorias por cm² por dia (cal/cm².d). As estações meteorológicas completas possuem instrumentos para registro contínuo da radiação solar.

A radiação solar recebida depende da estação do ano, da latitude, da cobertura de nuvens e da poluição atmosférica.

A absorção de energia solar nas lagoas de estabilização e maturação é muito importante, pois através da fotossíntese das algas favorece a destruição de organismos patogênicos, reduz a cor da lagoa e influencia favoravelmente a temperatura da água. A absorção da radiação solar é seletiva, em águas naturais a absorção da banda ultravioleta desinfetante (253,7 nm) é apreciável, e produz uma diminuição da cor natural de aproximadamente 20% ao mês.[18]​.

A capacidade térmica da água ou calor específico, ou em outras palavras, a quantidade de calor necessária para elevar 1 grama de água em um grau Celsius de temperatura, à pressão atmosférica, é de 1 cal/gC ou 4,186 J/gC.

A lagoa funciona como um meio natural de desinfecção graças, principalmente, à exposição solar por um período relativamente longo e à possível produção de substâncias antibióticas pelas algas.[18]​.

A radiação visível com comprimentos de onda entre 400 e 700 nm é considerada a energia disponível para a fotossíntese.

Temperatura

A atividade das bactérias tem uma temperatura ideal; se a água estiver em temperaturas mais baixas ou mais altas, a atividade será reduzida. Em geral, considera-se que com o aumento de 10 °C a atividade das bactérias duplica, atingindo um máximo de 35 a 38 °C.

Organismos de água fria, organismos psicrófilos, vivem em temperaturas de 0 a 10 °C e apresentam, em geral, baixa taxa de crescimento. Tanto a decomposição aeróbica quanto a anaeróbica ocorrem lentamente em baixas temperaturas. Também podem estar presentes na água organismos mesófilos, que se desenvolvem em temperaturas entre 10 e 40 °C, e termófilos em temperaturas entre 40 e 70 °C, que apresentam atividade purificadora diferente, dependendo da temperatura. Estes, juntamente com a luz solar, são os fatores físicos mais influentes na fotossíntese. As algas diatomáceas apresentam temperatura crítica mais baixa para realizar o processo de fotossíntese do que as algas verde-azuladas, que são mais tolerantes a águas quentes. Em geral, as algas verdes são tolerantes a uma ampla gama de temperaturas. Nas lagoas de estabilização, a taxa máxima de crescimento de algas mesófilas ocorre entre 30 e 35.C.[19]​.

A temperatura tem um efeito importante na mistura da água na lagoa, especialmente se observarmos a formação de uma termoclina ou camada de água que separa uma zona superior quente de uma zona inferior mais fria. A principal fonte de calor de uma lagoa é a radiação solar; Esse calor é trocado por evaporação e com fluxos afluentes e efluentes, bem como com precipitação. Em dias ensolarados a quantidade de calor armazenado na lagoa aumenta durante o dia, durante os dias sem sol e à noite a lagoa perde calor para o seu entorno. Os dois metros superiores da lagoa absorvem aproximadamente 50% da radiação solar, aquecendo-a. Quando a água afluente é fria, tendo maior densidade, ela fica no fundo e a água quente fica na superfície.

Em lagoas rasas, o vento contínuo induz uma circulação produzindo mistura das águas que por sua vez produz um perfil de temperatura aproximadamente uniforme. Por outro lado, na ausência de ventos e com um clima quente, podem desenvolver-se estratificações térmicas transitórias e formar-se uma termoclina ou camada com uma mudança repentina de temperatura. Isto pode desaparecer à medida que a temperatura cai durante o tempo frio e ventoso.

A relação entre a temperatura ambiente e a temperatura da água numa lagoa varia dependendo das condições ambientais gerais, como pode ser visto nas fórmulas empíricas seguintes.

Onde:.

A temperatura da água nas lagoas é 2 a 3,C superior à temperatura ambiente no inverno e 2 a 3,C inferior à temperatura ambiente no verão.[22]​.

A temperatura também afeta a taxa de mortalidade de coliformes. Em geral, a taxa de mortalidade de coliformes fecais aumenta quando a temperatura aumenta.[23]​[24]​.

Infiltração

A infiltração inicial, em lagoas não impermeabilizadas, pode ser importante em áreas áridas. No entanto, a infiltração é reduzida ao longo do tempo graças à sedimentação de lamas, algas e bactérias. Em solos porosos, as lacunas podem selar em cerca de 3 meses.[20]​

A percolação em uma lagoa é função de muitas variáveis e é muito difícil prever seu valor, mesmo com estudos profundos do solo. A vedação ou impermeabilização natural de lagoas ocorre com base em três mecanismos:

Evaporação

A evaporação pode ser importante em áreas secas, quentes e ventosas, mas geralmente não excede muito a contribuição das águas pluviais, exceto em áreas onde há déficit no balanço hídrico, como em áreas desérticas da costa peruana, nas terras altas bolivianas, entre outras.

Geometria da lagoa

A forma da lagoa de estabilização depende basicamente da topografia. Podem ter qualquer formato geométrico, mas são preferidos tanques com bordas uniformes e contínuas que evitem a estagnação da água e a formação de zonas mortas ou a incidência de curtos-circuitos.

As lagoas podem ser quadradas (relação comprimento/largura de 1/1), mas são preferidas retangulares com relação comprimento/largura de 2/1 a 4/1, para estimular o fluxo em tampão e garantir melhor desempenho.

Alguns autores recomendam unidades paralelas para facilitar a manutenção, permitir expansão modular quando a vazão aumenta e possibilidade de interligação ou recirculação de efluentes. Eles também recomendam fornecer trens de fluxo para fluxos inferiores a 5.000 m³/d, um mínimo de 3 células em série ou tamanhos máximos de 16 ha.[25]​.

DBO e sólidos dissolvidos

A produção de efluentes, com alta DBO, em muitas lagoas de estabilização, é resultado do crescimento da biomassa suspensa na lagoa e não do escape de DBO do afluente que passa por ela; conforme confirmado pelos testes DVO em efluentes filtrados e não filtrados.

O acima exposto aumenta a capacidade das lagoas para tratar águas residuais, mas também enfatiza a necessidade de parar adequadamente a biomassa de algas e bactérias do efluente, se forem desejados efluentes de alta qualidade em termos de DBO e sólidos suspensos totais.

Estudos realizados nas lagoas de San Juan[26][27]​ indicam que para cargas de 450 a 1100 kg DBO/habitante, em lagoas primárias, a DBO suspensa é em torno de 70% da DBO solúvel e que em lagoas secundárias, com cargas de 50-200 kg DBO/habitante, a DBO suspensa é maior que a DBO solúvel. A relação entre DBO total e DBO solúvel é, no entanto, muito variável e existem estudos onde esta relação varia entre 1,2 e 8,3.

Se uma lagoa de estabilização conseguir produzir biomassa sedimentável e fácil de reter, o efluente será de muito boa qualidade. Em geral, pode-se supor que uma única lagoa pequena libere grandes quantidades de biomassa e que várias lagoas em série permitam maior sedimentação de biomassa e, portanto, um efluente com maior remoção de sólidos em suspensão. Para determinar as condições ótimas para atingir esse propósito, são necessárias ainda mais pesquisas e estudos dos processos.

Na União Europeia, os requisitos para efluentes de sistemas de lagoas de estabilização são:[28]​.

Adicionalmente, para os efluentes lançados em águas sensíveis à eutrofização, é necessário o seguinte:

Tempo de retenção

O tempo de retenção é o parâmetro mais importante na determinação da remoção de coliformes fecais em uma lagoa e, portanto, na eliminação de organismos patogênicos das águas residuais. Por exemplo, nos estudos realizados nas lagoas de San Juan, determinou-se que para a remoção completa dos protozoários são necessárias duas lagoas de estabilização em série com um período de retenção total de 36,7 dias. Os helmintos foram eliminados em duas lagoas em série com tempo de retenção de 5,5 dias, e a Salmonella não pôde ser completamente eliminada em duas lagoas em série com tempo de retenção total de 36,7 dias. A dependência da mortalidade bacteriana no tempo de retenção foi demonstrada em numerosos estudos.[8][27]​.