dimensionamento da fase preliminar do tratamento de esgoto

Dimensionamento da Fase Preliminar do Tratamento de Esgoto

1. Remoção de Sólidos Grosseiros

São considerados grosseiros os resíduos sólidos contidos nos esgotos sanitários e de fácil remoção, através de operação física de gradeamento e peneiramento.

A remoção de sólidos tem como finalidades:

Proteção de dispositivos de transporte de esgoto (bomba, tubulação, etc.);

Proteção de corpos d’água receptores, no aspecto estético e de funcionamento de fluxo;

De forma resumida a remoção de sólidos grosseiros tem como finalidade principal condicionar os esgotos para posterior tratamento ou lançamento no corpo d’água receptor.

Essa remoção é realizada pela presença de grades ou peneiras onde esses elementos são projetados de forma adequada para reter o material que se pretende remover.

Algumas características do dispositivo de remoção devem ser adotadas no projeto, são elas:

1. Espaçamento entre barras; 2. Dimensões das barras; 3. Inclinação das grades;

As características do material retido no processo de gradeamento dependem da educação sanitária que a população servida pelo sistema tem. Além do fator educação a presença de águas pluviais também influencia nas características do material retido, pois a chuva carreia grande quantidade de material que se encontra mal condicionado nas ruas.

Após remoção do material grosseiro deve-se dar um destino adequado para ele, normalmente faz-se uso de aterros sanitários ou incineração.

Projeto

No projeto usaram-se três unidades de gradeamento, grade grossa, média e uma grade fina.

A inclinação das grades foi escolhida de acordo com a modalidade de limpeza. Para grades de limpeza manual recomenda-se certa inclinação, para a grade grossa, média e fina optou-se pela escolha de inclinação de 70°, segundo a literatura grades

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inclinadas apresentam maior rendimento, a inclinação evita que o material se desprenda facilmente das barras retornando ao canal, esse foi outro fator que determinou a escolha da inclinação.

Tanto os valores de espaçamento como os valores de dimensões das barras são determinados por meio de tabelas.

Para a grade grossa foram usados:

Espaçamento (a): 40 mm; Diâmetro da barra (D): 9.5 mm;

Para a grade média foram usados:


Para a grade fina foram usados:


Gradeamento Número de

barras Número de

espaçamentos Diâmetro (mm) Espaçamento

(mm) GROSSA 3 4 9.5 40 MÈDIA 7 8 7.9 20 FINA 16 17 6.4 10

2. Remoção de Areia

A areia que é encontrada no esgoto é constituída de material mineral, como: areia, pedrisco, silte, escória, cascalho. Esse material arenoso contém reduzida quantidade de matéria orgânica putrescível.

A Origem desse material arenoso é devido o manuseio normal do uso doméstico, ligações clandestinas de águas pluviais, lavagem de pisos, despejo industrial e infiltração na rede coletora.

A principal finalidade desse processo de remoção de areia é:

Evitar abrasão dos equipamentos e tubulações; Evitar a possibilidade de obstrução nas unidades da ETE.

Os processos de remoção de material grosseiro (gradeamento) e retirada de areia pertencem à fase preliminar do tratamento do esgoto.



Como o acúmulo de areia ocorre de forma contínua é necessário que a remoção do material arenoso seja feita periodicamente.

Assim como acontece no gradeamento, as características, quantitativas e qualitativas, do material retido estão ligadas aos costumes dos usuários e a própria rede coletora.

Uma das principais dificuldades no projeto e na operação da caixa de areia está em se conseguir manter a velocidade desejada com a variação da vazão. Para contornar tal problema usa-se uma seção de controle no final da caixa, que faça com que a altura da lâmina d’água varie de acordo com a vazão. No projeto esse controlador foi uma calha Parshall.

De forma geral, a finalidade da caixa de areia é remover material inorgânico não putrescível, que se caracteriza por uma partícula que não flocula, de tamanho em geral superior 0.02mm e por uma velocidade de sedimentação maior que a das partículas orgânicas, em geral 0.02m/s.

Projeto

No projeto, a caixa de areia foi colocada à jusante da estação elevatória, optou-se por essa configuração pois caso a caixa de areia fosse colocada a montante da estação elevatória não traria maiores vantagens.

No final da caixa de areia foi utilizada uma calha Parshall. A escolha da calha é realizada perante verificação da vazão. Sendo assim foi escolhida a calha de 6 Polegadas (0.152 m).

Como discutido, um dos principais problemas da caixa de areia é o controle da velocidade, para contornar o problema foi instalado uma calha Parshall, porém, o sucesso da pouca variação de velocidade, que se pretende obter no canal através da calha, se deve a um dimensionamento correto, principalmente da altura z, que é responsável por dar uma proporcionalidade de altura relacionado a vazão, fazendo com que a velocidade se mantenha constante.

A calha utilizada no projeto tem as seguintes características:

Tabela 1Deimensões do Vert. Calha Parshall-CM

W(cm) A B C D E F G K N 15.2 62.1 61 39.4 32.1 61 30.5 61 7.6 11.4



As dimensões da caixa de areia foram:

Tabela 2 Dimensões da Caixa de Areia (m)

Caixa de Areia Comprimento-L (m) 3.24

Largura-B (m) 1.00

Dimensionamento da fase de tratamento do esgoto

3.Remoção de matéria orgânica

Para o tratamento de efluente de esgotos domésticos os aspectos que serão analisados no presente trabalho são a redução da DBO e da concentração de coliformes.

A DBO, Demanda Biológica de Oxigênio refere-se a o quanto de oxigênio é necessário nos processos biológicos para estabilizar uma certa quantidade de matéria orgânica que encontra-se dissolvida, em suspensão ou sedimentada na água em um corpo hídrico ou no efluente.

Os coliformes são organismos, utilizados como indicadores de contaminação fecal, devido à sua grande concentração nas fezes humanas e de outros animais de sangue quente, e que indiretamente indicam o potencial de transmissão de doenças no efluente ou corpo hídrico.

Existem vários métodos para remover a matéria orgânica dos esgotos domésticos, como por exemplo um sistema de lagoas, reatores aeróbios ou anaeróbios. Este trabalho trata do uso de um reator anaeróbio associado a uma lagoa facultativa.

O reator a ser dimensionado, é do tipo UASB (UpflowAnaerobicSludgeBlanketReactor), que traduzido para o português deveria ser Reator Anaeróbio de Fluxo Ascendente e Manta de Lodo.

Dentro do reator, onde o esgoto afluente é introduzido na parte mais baixa, deve se formar no fundo uma camada com alta concentração de lodo, formado por bactérias e matéria orgânica estabilizada, a qual chamamos de leito de lodo, logo acima do leito, uma camada com lodo em menor concentração, a manta de lodo, as bolhas de gás, produzida nas reações de estabilização da matéria orgânica provocam a mistura dos componentes da manta de lodo. Essas mesmas bolhas carreiam parte do lodo em direção à superfície da parte líquida, fazendo-se necessário implantar um separador trifásico para a retenção e retorno do lodo.



Projeto

Para o projeto o reator foi posto a jusante do tratamento preliminar, formado por grades e caixa de areia, para protege-lo da entrada de sólidos de tamanho muito grande, que poderiam atrapalhar o funcionamento e até mesmo danificar a estrutura.

A eficiência dessa parte do tratamento está ligada ao tempo de retenção hidráulica, tempo que o efluente passa dentro do reator, admitindo que a temperatura ambiente média no mês mais frio é de 20°C e assim a temperatura do efluente está, provavelmente entre 20 e 26°C, de acordo com a tabela abaixo retirada do livrode acordo com a tabela abaixo, do livro Lagoas de Estabilização:

A partir disso, de acordo com a tabela abaixo, do livro Tratamento de Esgotos Sanitários por Processo Anaeróbio e Disposição controlada no Solo:

Adotamos o tempo de detenção igual a 8 horas.

A eficiência do reator também dependeda velocidade ascensional, velocidade com que o esgoto sobe a partir do fundo até alcançar a superfície e ser coletado depois de tratado, de acordo com a tabela abaixo, do livro Tratamento de Esgotos Sanitários por Processo Anaeróbio e Disposição controlada no Solo:

Depois de calculadas as vazões para início e fim de plano, de acordo com as respectivas populações adotadas, verificamos que as velocidades ascensionais se



enquadravam nos limites da tabela citada.No início de plano, para um tempo de retenção hidráulica de 8 horas, a área total do reator deve ser de cerca de 283 metros quadrados e a altura adotada foi de 5 metros, assim o volume total do reator é de 1400 metros cúbicos.

Além do tempo de retenção hidráulica e da velocidade ascensional, outro fator importante para a eficiência da remoção da matéria orgânica é a distribuição de forma homogênea em todo o fundo do reator, para isso são empregados tubos distribuidores, que de acordo com a literatura são responsáveis por uma área de, no mínimo 2 metros quadrados, sendo assim, o número de tubos deve ser 141, com vazão de 0,345 litros por segundo em cada um, para esses valores o diâmetro de 75 milímetros é adequado.

O separador de gases tem altura de um 1,5 metro, largura de aproximadamente 2 metros e comprimento de cerca de 23 metros, os defletores têm o mesmo comprimento, altura e largura de 78 centímetros e de 1.13 metros respectivamente. A inclinação das paredes tanto dos separadores é de 60° e dos defletores é de 50°, para facilitar a sedimentação dos sólidos. Devem ser instalados 6 separadores igualmente espaçados no reator.

A abertura de entrada da zona de decantação deve ser calculada para as faixas de velocidades ascensionais da tabela abaixo retirado do livro Tratamento de Esgotos Sanitários por Processo Anaeróbio e Disposição controlada no Solo:

E para esse caso é necessária uma abertura de 88 cm.

A superfície de liberação dos gases tem 23 centímetros de largura e comprimento igual ao dos separadores. O material escolhido para os separadores foi a fibra de vidro, devido a ser mais leve e mais resistente a corrosão por resíduos do processo que o concreto.

A coleta do efluente será feita utilizando tubos submersos, para favorecer a uniformidade das vazões na coleta e a retenção da escuma.

De acordo com a literatura a DBO inicial foi adotada com o valor de 0,600 kg de DBO po metro cúbico. A eficiência de remoção de DBO do reator foi estimada em 75,25% de acordo com a equação encontrada na literatura.



4.Lagoa facultativa

Dentro de uma lagoa facultativa ocorrem processos de remoção da matéria orgânica, tanto aeróbios, próximo a superfície, quanto anaeróbios, mais próximo ao fundo, outro benefício é a sedimentação de patógenos de maiores dimensões, como ovos de helmintos.

Os processos aeróbios dependem do oxigênio fornecido pelas algas, que por sua vez precisam da luz solar para realizar a fotossíntese, por isso se concentram mais próximo a superfície da lagoa. A medida que a profundidade vai aumentando, o número de algas, e consequentemente a concentração de oxigênio, diminui, por isso nas proximidades do fundo da lagoa predominam as reações anaeróbias. As algas também contribuem com a elevação do pH da lagoa, o que favorece a liberação da amônia em forma de gás para a atmosfera, removendo também o nitrogênio do esgoto em tratamento.

Projeto

Para esse trabalho a lagoa será utilizada a jusante do reator anaeróbio, assim recebendo o esgoto depois do tratamento primário.

De acordo com o cálculo baseado na taxa de aplicação superficial de matéria orgânica, de 300 kg de DBO por hectare, segundo a literatura e adotando a profundidade de 2 metros, a lagoa facultativa foi dimensionada para ter um volume de24250 metros cúbicos, o que faz com que o tempo de retenção hidráulica na lagoa seja de cerca de 5 dias e meio, e uma área superficial de 12130 metros quadrados, o que resulta em um tempo de detenção hidráulica de cerca de 5 dias e meio.

Com cerca de 70 metros de largura e 174 metros de comprimento, o regime hidráulico adotado foi o de fluxo disperso de acordo com o indicado na literatura.

De acordo com os parâmetros e equações indicados no livro Lagoas de Estabilização, a remoção de DBO estimada para a lagoa desse sistema é de 22,78%, enquanto a eficiência do sistema como um todo é de 88,9%, ficando a DBO no efluente final com um valor de 0,067 kg de DBO por metro cúbico, que se enquadra nos padrões da resolução 430 de 2011 do CONAMA, que limita em 0,120 kg por metro cúbico a concentração de DBO no efluente de sistema de tratamento de esgotos.



Já a concentração de coliformes fecais, não é limitada por nenhuma resolução do CONAMA, segundo a literatura pesquisada. Ainda segundo a literatura, para se enquadrar no valor máximo recomendado pela Organização Mundial de Saúde para a concentração de coliformes, o sistema de tratamento precisa apresentar uma eficiência de remoção de 99,9% a 99,999%, a lagoa facultativa dimensionada apresenta uma eficiência de 76,88%, sendo recomendado o aumento do volume da lagoa, e consequentemente do tempo de detenção, ou o acréscimo de mais uma lagoa para melhorar a eficiência do sistema.

Referencias Bibliográficas

SPERLING, Marcos Von. Princípios do Tratamento de Águas Residuárias, Volume 1, Introdução à Qualidade das Águas e ao Tratamento de Esgotos, 2ª Edição.

SPERLING, Marcos Von. Princípios do Tratamento de Águas Residuárias, Volume 3, Lagoas de Estabilização, 2ª Edição.

JORDÃO, Eduardo Pacheco; PESSÔA, Constatino Arruda. Tratamento de Esgotos Domésticos, 6ª Edição.



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