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22/02/2015
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Engenharia AmbientalEngenharia Ambiental
Prof. Dr. Jean AlanisProf. Dr. Jean Alanis
Introdução ao Tratamento de Águas Residuárias
�� EfeitosEfeitos dada poluiçãopoluição emem corposcorpos receptoresreceptores (CR)(CR)� Corpos receptores estagnados;� Corpos receptores não estagnados.
�� ProcessosProcessos dede autodepuraçãoautodepuração dosdos corposcorpos receptoresreceptores
� Definição: capacidade que um C.R consegue restabelecerseu equilíbrio naturalmente após o despejo dos poluentes.� Varia de acordo com a vazão, temperatura, turbulência eetc.� A recuperação pode ocorrer em extensões variáveis (Kmsde distância).
Introdução ao Tratamento de Águas Residuárias
� A importância da quantidade precisa da carga poluidora
Distância (Km)
O.D
(m
g/L)
Esgoto
Concentração Mínima de O.D
Figura 01 - Efeito do lançamento de esgotos em um rio sem afetar de maneira prejudicial ao CR
Tratamento de Águas Residuárias
Anaerobiose
Conc. mín de O.D
Distância (Km)
Figura 02 - Efeito do lançamento de esgotos em um rio com prejuízos ao CR.
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Exemplo de anaerobioseExemplo de anaerobiose Autodepuração
Diferenças entre as curvas
� Na Figura 01, a atividade aeróbia prevaleceu num nível idealà sobrevivência das espécies aquáticas (acima de 2,0 mg.L-1);
� Na Figura 02, a descarga de resíduo desequilíbrou as
espécies que dependem do oxigênio;
� O rio não manteve as condições aeróbias mesmo com a
aeração natural e o movimento do fluxo;
� Nos trechos onde a concentração de O.D. chegou próximo de
zero, ocorreu a anaerobiose com a morte da vida aquática
aeróbia;
Autodepuração
� Processo se desenvolve ao longo do tempo e considera-se adimensão do curso d’água como longitudinal;
� Assim, os estágios da sucessão ecológica podem serassociados a zonas fisicamente identificáveis no rio;
� Existem 4 zonas distintas de autodepuração :� Zona de degradação� a principal característica é baixa concentração de O.D;
� somente as espécies que resistem a estas baixasconcentrações sobrevivem;
� as que não conseguem migram para locais onde haja maioresconcentrações de O.D;
� altas concentrações de M.O e S.S;
Autodepuração
Zona de decomposição ativa� devido às baixas concentrações de O.D prevalecem aoxidação anaeróbia da M.O;� presença de altas concentrações de S.S.
Zona de Recuperação� caracteriza-se pelo gradual aumento da concentração deO.D;
� diminuição da concentração de S.S.
Zona de água limpa� etapa final do processo de autodepuração;� o CR reestabelece parte das condições iniciais de equilíbrio.
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Autodepuração Autodepuração
Autodepuração
� A Figura abaixo representa os 3 principais parâmetros (M.O,bactérias decompositoras e O.D) ao longo das 4 zonas:
Distância
Matéria orgânica
Distância
Bactérias
Distância
O.D
12 3 4 5
Autodepuração
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Autodepuração
� Fatores que afetam a curva de O.D� Temperatura� inverno
� taxa de oxidação da matéria orgânica diminui;� ponto crítico mais próximo ao de lançamento.� verão
� aumento na taxa de oxidação da matéria orgânica;� ponto crítico mais afastado ao de lançamento.
� Luz solar� quanto maior a incidência de luz solar, maior atividadefotossintética e assim, maior quantidade de O.D no meio.
Corpos Receptores Estagnados
EutrofizaçãoEutrofização
� Parte natural do processo de envelhecimento dos
lagos/represas/lagoas independente da ação do homem;
� Denota o processo natural ou artificial de adição de
nutrientes ao C.R. e os efeitos resultantes desta adição;
� É o aumento da concentração de nutrientes, especialmente
N, P nos ecossistemas aquáticos;
Processo de Processo de EutrofizaçãoEutrofização
Natural: processo lento e contínuo que resulta do aporte denutrientes trazidos pelas chuvas e águas superficiais
Processo de Processo de EutrofizaçãoEutrofização
Artificial: introduzida pelo homem, gerando um excesso de
M.O, superior a capacidade de decomposição provocando
desequilíbrio e graves alterações em todo o metabolismo do
sistema.
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Estágios do processo de eutrofização
� Estágio primário (oligotrófico): a concentração de
nutrientes e biomassa é praticamente normal, ou seja,
apresenta pouquíssima alteração;
Estágios do processo de eutrofização
Estágio secundário (mesotrófico): estado intermediário,
apresentando características do estado primário e alguns
traços do início da eutrofização;
Estágios do processo de eutrofização
� Estágio terciário (eutrófico)
� grande quantidade de nutrientes e biomassa que será
decomposta de forma anaeróbia;
� A baixa incidência de luz impede a realização da fotossíntese;
� O ciclo está completo e o C.R sem chances de sobreviver.
Classificação dos Métodos de TratamentoClassificação dos Métodos de Tratamento
� Os contaminantes são removidos por meios físicos, químicose biológicos.
� O tratamento pode abranger níveis denominados:
� Tratamento preliminar: remove sólidos grosseiros;
� Tratamento primário: remove sólidos sedimentáveis e parte
da matéria orgânica ;
� Tratamento secundário: destina-se a degradação biológica
de compostos cabonáceos;
� Tratamento terciário: remove materiais não biodegradáveis
e poluentes específicos.
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Tratamento de Águas Residuárias
�� Classificação dos Métodos de TratamentoClassificação dos Métodos de Tratamento
Tratamento de Águas Residuárias
� Fluxograma de uma ETE
Tratamento de Águas Residuárias
� Fluxograma de uma ETE
Tratamento de Águas Residuárias
� Etapas do processo de tratamento na ETE
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Tratamento de Águas Residuárias
� Fluxograma de uma ETE
Tratamento de Águas Residuárias
� Etapas do processo de tratamento na ETE
Tratamento de Águas Residuárias
� Fluxograma de uma ETE
Tratamento de Águas Residuárias
� Etapas do processo de tratamento na ETE
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Tratamento de Águas Residuárias
� Fluxograma de uma ETE
Tratamento de Águas Residuárias
� Etapas do processo de tratamento na ETE
Tratamento de Águas Residuárias
� Fluxograma de uma ETE
Etapas do processo de tratamento na ETE
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Fluxograma de uma ETE Etapas do processo de tratamento na ETE
Fluxograma de uma ETE Etapas do processo de tratamento na ETE
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Fluxograma de uma ETE Etapas do processo de tratamento na ETE
Fluxograma de uma ETE Etapas do processo de tratamento na ETE
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Fluxograma de uma ETE Etapas do processo de tratamento na ETE
Fluxograma de uma ETE Etapas do processo de tratamento na ETE
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Fluxograma de uma ETE Etapas do processo de tratamento na ETE
Fluxograma de uma ETE Etapas do processo de tratamento na ETE
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Fluxograma de uma ETEEtapas do processo de tratamento na ETE
Fluxograma de uma ETE - Franca Vista aérea da ETE de Franca
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Vista aérea da ETE de Caiçara Vista aérea da ETE de Caiçara
Classificação dos Métodos de TratamentoClassificação dos Métodos de Tratamento
� Os métodos individuais são classificados como:
� Processos unitários físicos: forças físicas são
predominantes. Ex : floculação, sedimentação, filtração e etc.;
� Processos unitários químicos: a remoção e conversão
dos contaminantes são obtidas pela adição de produtos
químicos. Ex : precipitação, transferência de gás, adsorção e
etc.;
� Processos unitários biológicos : a remoção dos
contaminantes é obtida pela atividade biológica.
Tratamento Primário
� O tratamento primário destina-se à remoção de sólidos
grosseiros, médios, finos e fibrosos;
� Os mecanismos básicos de remoção são de ordem física,
como:
� gradeamento;
� peneiramento;
� caixas de areia ou desarenadores;
� caixa de remoção de óleos e graxas;
� sedimentadores primários.
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Tratamento Primario
�� Fluxograma típico do Tratamento primário
Sistema de Gradeamento
� A remoção dos sólidos grosseiros/médios/finos é feita
através de grades;
� O material de maiores dimensões que o espaçamento entre
as barras é retido;
� Há grades grossas, médias e finas, dependendo do espaço
livre entre as barras;
� A remoção do material retido pode ser manual ou
mecanizada;
� São compostas por barras paralelas de espessura e
espaçamento adequados ao resíduo que se deseja tratar.
Sistema de Gradeamento
� Tipos de grades
Sistema de Gradeamento
� Tipos de grades
Tipo de grade: Espaçamento (mm): Espessuras mais usuais (mm): 40 10 e 13 60 10 e13 80 10 e 13
Grosseira
100 10 e13 20 8 e 10 30 8 e10
Média
40 8 e 10 10 6 , 8 e 10 15 6, 8 e 10
Fina
20 6, 8 e 10
Tabela 1. Aberturas ou espaçamentos e dimensões das barras
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Tipos de grades Tipos de grades
Tipos de grades
Tabela 2. Eficiência do sistema de gradeamento (E):
t a = 20 mm a = 25 mm a = 30 mm 6 mm 75 % 80 % 83,4 % 8 mm 73 % 76,8 % 80,3 % 10 mm 67,7 % 72,8 % 77 % 13 mm 60 % 66,7 % 71,5 %
a: espaço entre as barras;
t: espessura das barras;
Tratamento Primário
�� LimpezaLimpeza das gradesdas grades
45 º a 60º
a
t
Limpeza manual com rastelo
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Características das gradesCaracterísticas das grades
� O espaçamento entre as barras é função do tipo de material
que se deseja reter;
� A inclinação das barras varia de 45º a 60o com a horizontal;
� A análise associada com o uso de grades envolve a
determinação da perda de carga através dela;
� O material retido deve ser removido para evitar que a perda
de carga localizada aumente causando represamento;
� O funcionamento e a capacidade de retenção estão
associados à velocidade de passagem e à perda de carga
ocasionada pelo acúmulo de material retido.
Características das gradesCaracterísticas das grades
� Para a perda de carga admite-se para efeito de manutenção
e perfil hidráulico a obstrução de até 50% da lâmina d’água;
� Para evitar perdas de cargas elevadas – limpezas periódicas;
� A velocidade de passagem do esgoto por entre as grades:
� Não pode ser muito elevada para não arrastar material
previamente retido;
� Não pode ser muito baixa para não permitir a decantação
dos sólidos.
Características das gradesCaracterísticas das grades
• Velocidade de passagem
- 0,9 a 1,2 m.s-1 (Limpeza mecanizada);- 0,6 a 0,9 m.s-1 (Limpeza manual);
• Velocidade no canal a montante da grade (Vel. de
aproximação) - maior do que 0,4 m.s-1
• Perda de carga - obstrução máxima permitida (50%)
- 0,15 m (Limpeza manual)
- 0,10 m (Limpeza mecanizada)
Características das gradesCaracterísticas das grades
� De acordo com a NBR 12.209/11:
Grade grossa
- Perda de carga com grade limpa: não ultrapassar 0,10 m;
- Inclinação: entre 60° e 90°;
- Espaçamento entre as barras: de 40 mm a 100 mm;
Grade fina
Perda de carga com grade limpa: não ultrapassar 0,10 m;
- Inclinação: entre 60° e 90°;
- Espaçamento entre as barras: 10 mm a 20 mm;
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Dimensionamento do sistema de Gradeamento
+=a
taAS u.
S = área da secção transversal do canal até o nível d’águaAu = área útil da secção transversal
a = espaçamento entre as barrast = espessura das barras∆H = perda de carga na grade (m)
Vg = velocidade de passagem pela grade
Vo = velocidade de a montante
g = aceleração da gravidade (9,8 m.s-2)
−=∆
g
VVH g
.2.43,1
20
2
Dimensionamento do sistema de Gradeamento
g
VxVHobstruídaGrade og
2
)2(.43,1:%50
22 −=∆•
Dimensionamento do sistema de Gradeamento
- A relação a/(a + t) é eficiência (E) da grade;- Representa a fração de espaços vazios em relação a áreatotal;- Fixando-se a velocidade de passagem, pode-se determinar aárea útil da grade através da equação:
gu V
QA =
onde:
Q = vazão de trabalho
Dimensionamento do sistema de Gradeamento
- Obtendo-se a área útil, pode-se calcular a área da secção
transversal do canal (S);
- Escolhendo-se a espessura e o espaçamento entre as barras,
determina-se (E) e (S);
E
AS u=
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Exercício - Dimensionar uma grade de limpeza mecanizada com largura do
canal (b) de 2 metros para os seguintes valores abaixo:
Exercício
Espessura das barras (t)(mm)
Espaçamento entre as barras (a) mm
20 25 30
6 (1/4”) 0,7692 0,8065 0,8333
8 (5/16”) 0,7143 0,7576 0,7895
10 (3/8”) 0,6667 0,7143 0,7500
13 (1/2”) 0,6061 0,6579 0,6977
Valores de eficiência (E) = a/(a+t)
Exercício
Da secção e do espaçamento das barras, tem-se: E = ________
Exercício
Adota-se uma velocidade entre as barras (0,9 – 1,2 m.s-1): Vg = _____ m.s-1
2,0
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Exercício
Q (m3.s-1) H (m) S = b x H (m2) Au = S x E (m2) Vg = Q/Au (m.s-1)
0,120 0,29 0,58 0,4142 0,2897
0,080 0,21 0,42 0,3000 0,2667
0,040 0,10 0,20 0,1429 0,2799
Exercício
−=∆
g
VVH g
.2.
7,01
20
2
ou
∆H = ________ m
Exercício 02
Calcular a perda de carga para o sistema de gradeamento com
as características abaixo:
==
mmaoespaçament
mmtespessura
ferrodebarras
dados
15)(.
5)(.
.
75,0515
15 =+
=+
=ta
aE
velocidade de passagem - vg = 0,8 m.s-1 e Qmax = 0,22783 m3.s-
1
Área útil (Au) e Área da Seção do Canal (S)
21
13
285,0.8,0
.22783,0m
sm
sm
v
QAu
g
máx === −
−
238,075,0
285,0m
E
AuS ===
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Largura (b) do canal da grade e verificações de velocidade
mH
Sb 6643,0
572,0
38,0 ===
Q (L.s-1)
H (m)
S=b.H (m2)
Au=S.E (m2)
Vg=Qmáx Au
(m.s-1)
V0=Qmáx S
(m.s-1) 227,83 0,572 0,380 0,285 0,800 0,600
g
vvH
243,1
20
2 −=∆
Cálculo da perda de carga
mx
H 02,081,92
)6,0()8,0(43,1:limpa Grade
22
=−=∆•
mx
xHobstruídaGrade 16,0
81,92
)6,0()8,02(.43,1:%50
22
=−=∆•
Portanto, percebe-se que o aumento na obstrução, aumenta a perda de
carga na secção da grade.
Medidores de vazão
� O controle efetivo da vazão é de extrema importância para
otimização dos sistemas de tratamento;
� Para cada faixa de vazão deve-se adotar um tipo de
vertedor, com o seu formato e equação especifica;
� O vertedor retangular sem restrição ou contração se aplica a
vazões acima de 20 m3.h-1.
Vertedor retangular
onde:
Q = vazão (m3.h-1; m3.s-1; L. h-1);
L = largura do vertedor (m);
h ou H = altura ou carga (m)
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Medidores de vazão
� O vertedor triangular de Thompson e usado para vazões
mais baixas, menores que 30 L.s-1;
onde:
Q = vazão (m3.s-1; L. h-1);
L = largura do vertedor (m);
h ou H = altura ou carga (m)
Vertedor triangular de Thompson
Calha Calha ParshallParshall
� A Calha Parshall tem padrões pré estabelecidos e é indicadapara vazoes acima de 50 m3.h-1;
Tratamento Primário
� Medidor de vazão no tratamento primário
Calha ou vertedor Parshall
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Calha Calha ParshallParshall
- K é uma constante que depende das dimensões da calha e ajuste da unidade deengenharia;- n = constante tabelada pelo Parshall - varia com a largura da garganta da calha ;- w = largura nominal
Exercícios Exercícios –– medidores de vazãomedidores de vazão
01-) Para uma vazão de 177,63 L.s-1, K no valor de 0,69 e N de1,55, calcular o valor da altura nominal H em metros para umacalha Parshall.
02-) Uma calha Parshall com largura nominal (w) de 6” e alturanominal de 0,33 m esta sendo testada em uma estação detratamento de esgoto doméstico. Desta forma, calcular a vazão(Q) para esses dados.
03-) Para um vertedor triangular de Thompson com alturanominal de 0,28 m, calcular a vazão resultante para verificar sea mesma se encontra abaixo do valor máximo de segurança (30L.s-1)
Exercícios Exercícios –– medidores de vazãomedidores de vazão
04-) Com o objetivo de medir a vazão de um riacho foiconstruído um vertedor retangular, sem contrações laterais,com soleira de 2,00 m de largura e instalada a 0,90 m dofundo do riacho. Qual a vazão no vertedor quando acarga/altura for de 30 cm ?
05-) Um vertedor retangular, sem contração lateral, tem 1,25m de soleira (largura) e esta fica 70 cm distante do fundo docurso d’água. Sendo 45 cm a carga do vertedor, calcular suavazão.