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UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO RIO DE JANEIRO

INSTITUTO DE TECNOLOGIA

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA

IT178 – SANEAMENTO BÁSICO

PROFESSOR Msc. ALEXANDRE LIOI

GEFERSON ALVES RODRIGUES

LUAN CAIO DE ÁGUAS

VANDERSON RODRIGUES ALVES

PROJETO: ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DE ESGOTO PARA O

MUNICÍPIO DE RIO DAS FLORES-RJ

PROJETO HIDRÁULICO

PROJETO SANITÁRIO

PRÉ-TRATAMENTO FISICO-QUIMICO

SISTEMA SECUNDÁRIO DE LAGOA ANAERÓBIA E LAGOA FACULTATIVA AERADA

SEROPÉDICA, DEZEMBRO DE 2012

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SUMÁRIO

1. MEMORIAL DESCRITIVO ..................................................................................................... 3

1.1. INTRODUÇÃO ............................................................................................................... 3

1.2. HISTÓRICO.................................................................................................................... 3

1.3. LEGISLAÇÃO PERTINENTE ............................................................................................ 3

2. MEMORIAL JUSTIFICATIVO ................................................................................................. 4

3. MEMORIAL DE CÁLCULO DO SISTEMA DE TRATAMENTO.................................................. 6

3.1. PARÂMETROS DE PROJETO .......................................................................................... 6

3.1.1. Considerações de Projeto ..................................................................................... 6

3.1.2. Vazões de Projeto ................................................................................................. 6

3.1.3. Carga Orgânica de Projeto .................................................................................... 7

3.2. DIMENSIONAMENTO ................................................................................................... 7

3.2.1. Gradeamento ........................................................................................................ 7

3.2.2. Desarenador ......................................................................................................... 8

3.2.3. Medidor de Vazão............................................................................................... 10

3.2.4. Sistema de Lagoa Anaeróbia............................................................................... 10

3.2.5. Sistema de Lagoa Aerada Facultativa ................................................................. 12

4. MANUAL DE OPERAÇÃO ................................................................................................... 17

5. MANUAL DE MANUTENÇÃO ............................................................................................. 17

6. ANEXOS (PLANTAS) ........................................................................................................... 19

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1. MEMORIAL DESCRITIVO

1.1. INTRODUÇÃO

Este memorial se aplica ao projeto de um sistema de tratamento de efluentes

destinado a atender a uma população equivalente a 11300 pessoas, no município de Rio das

Flores/RJ com um horizonte de 20 anos.

1.2. HISTÓRICO

O uso inconsequente dos recursos hídricos e a degradação do meio ambiente são

práticas comumente vistas e que vem cada dia mais alertando a população e as

autoridades.

Os efeitos cumulativos causados pelas práticas danosas ao meio ambiente vêm

provocando desequilíbrios ambientais consideráveis, chegando a ponto de debilitar a

capacidade de autodepuração de muitos corpos receptores, causando prejuízos não

somente ao meio ambiente como também e até tão quanto nocivamente as populações

que habitam o meio.

O conceito de preservação ambiental vem a cada dia se propagando e, do mesmo

modo, a necessidade governamental de regularizar, defender e monitorar os processos

envolvidos.

1.3. LEGISLAÇÃO PERTINENTE

De forma geral, as fontes poluidoras têm demonstrado interesse em empregar

recursos financeiros somente quando exigido pela legislação corrente, de forma a

enquadrar seus níveis de lançamento naqueles tolerados pela normatização vigente.

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As condições técnicas do presente memorial estão de acordo com as resoluções do

Conselho Nacional de Meio Ambiente - CONAMA e da Associação Brasileira de Normas

Técnicas. Que são: Eficiência mínima de remoção de Carga Orgânica Bruta (DBO) de 80%

e concentração máxima permitida de 60mg de DBO por litro de efluente tratado.

2. MEMORIAL JUSTIFICATIVO

O sistema proposto para o tratamento é composto por tratamento preliminar de

remoção de impurezas de maior diâmetro através de grades e desarenador, com

finalidade de remover os sólidos grosseiros que talvez pudessem obstruir tubulações a

jusante do tratamento, seguido de um medidor de vazão modelo Thompson. Após o

tratamento preliminar, dispõe-se de um sistema de lagoa anaeróbia seguido de um

sistema de lagoa aerada facultativa.

As lagoas anaeróbias constituem-se em uma forma alternativa de tratamento, onde a

existência de condições estritamente anaeróbias é essencial. Tal é alcançado através do

lançamento de uma grande carga de DBO por unidade de volume da lagoa, fazendo com

que a taxa de consumo de oxigênio seja várias vezes superior à taxa de produção.

As lagoas anaeróbias são usualmente profundas, da ordem de 4 a 5 metros. A

profundidade é importante, no sentido de reduzir a possibilidade de penetração do

oxigênio produzido na superfície para as demais camadas. Por esse fato de serem

profundas, essas lagoas requerem menor área para serem construídas.

As lagoas anaeróbias não requerem qualquer equipamento especial, porém, a

eficiência de remoção de DBO é da ordem de 50% a 60%, o que, de acordo com a

legislação ambiental vigente, implica na necessidade de um sistema consecutivo a este

tratamento. A remoção de parte da DBO na lagoa anaeróbia proporciona uma

significativa economia de área, fazendo com que seja 2/3 menos do que necessitaria se

fosse apenas uma aeróbia facultativa.

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A existência desse sistema anaeróbio possibilita a geração de mau odores. Porém,

caso o sistema esteja bem equilibrado, a geração do mau cheiro não deve ocorrer, mas

eventuais problemas de operação e manutenção podem conduzir a liberação de odores.

Por essa razão, esse sistema normalmente é localizado onde é possível haver um

afastamento grande das residências.

Consecutivo ao tratamento pelo sistema de lagoa anaeróbia, visando atender as

exigências da legislação pertinente, está um sistema de tratamento consistido em lagoa

aerada facultativa que irá tratar de remover o restante da DBO para que o efluente possa

ser despejado de volta ao curso d’agua.

A lagoa facultativa aerada é utilizada quando se deseja ter um sistema

predominantemente aeróbio, e de dimensões mais reduzidas se comparadas a outros

tipos de lagoas de tratamento.

Nesta, diferente da facultativa convencional, há forma de suprimento de oxigênio

através de aeradores que produzem um turbilhonamento na água pela sua rotação

propiciando a penetração do oxigênio atmosférico na massa líquida onde ele se dissolve.

Devido à introdução da mecanização, a lagoa aerada é menos simples em termos de

manutenção e operação.

O tratamento anaeróbio será responsável pela retenção e digestão dos sólidos

advindos do efluente bruto e do decantador secundário, sendo capaz de retê-los e ainda

reduzir a carga orgânica do afluente.

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Figura 1: Esquema geral do sistema da Estação de Tratamento de Efluentes

3. MEMORIAL DE CÁLCULO DO SISTEMA DE TRATAMENTO

3.1. PARÂMETROS DE PROJETO

3.1.1. Considerações de Projeto

Número de habitantes: 11300 habitantes

Contribuição per capita de esgoto (q): 150l/hab.dia

Concentração de carga orgânica afluente por litro (DBO): 350mg/l

Coeficiente para dia de maior consumo (k1): 1,2

Coeficiente para hora de maior consumo (k2): 1,5

3.1.2. Vazões de Projeto

Qméd = Pop x q

Qméd = 11300hab x 150l/hab.dia

Qméd = 1728m³/dia ou 20l/s

Qmáx= Pop x q x k1 x k2

Qmáx= 11300hab x 150l/hab.dia x 1,2 x 1,5

Qmáx= 3110m³/dia ou 36l/s

Obs.: Para o dimensionamento do sistema de lagoa anaeróbia e do sistema de lagoa

aerada facultativa, utilizaremos a vazão média. Para o dimensionamento da grade, do

desarenador, e do medidor de vazão, utilizaremos a vazão máxima.

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3.1.3. Carga Orgânica de Projeto

C.O. = Qméd x q

C.O. = 1728 m³/dia x 0,350 kg.DBO/m³

C.O. = 604,8 kg.DBO/dia

3.2. DIMENSIONAMENTO

3.2.1. Gradeamento

Espessura das barras (t = 1 cm)

Espaçamento entre barras (e = 1,5 cm)

Coeficiente de segurança (k = 0,25)

Velocidade máxima (Vmáx = 0,5 m/s)

Ângulo da grade (α = 60°)

Eficiência da grade:

E = e ÷ (e+t)

E = 1,5 cm ÷ (1,5 cm + 1 cm)

E = 60 %

Área útil da grade:

Au = Qmáx ÷ ((1 - k) . Vmáx)

Au = 0,036 m³/s ÷ ((1 – 0,25) . 0,5 m/s)

Au = 0,096 m²

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Área molhada do canal:

Ac = Au ÷ E

Ac = 0,096 m² ÷ 60 %

Ac = 0,16 m²

Dimensões do canal:

√ = 0,4 m

L = 40 cm ; Hc = 40 cm ; Hu = 50 cm

3.2.2. Desarenador

Tamanho das partículas: ø = 0,2 mm

Velocidade máxima no desarenador: Vm = 0,24 m/s

Retenção de 80% das partículas

Temperatura da água: T = 20°C

Taxa de sedimentação: β = 1x10-4 m³areia/m³água

Velocidade de Sedimentação

Vv = ø.(3.T + 70)

Vv = 0,2 mm x (3x20 + 70)

Vv = 0,026 m/s

Superfície do desarenador

A = k.Q ÷ Vv

A = (1,5 x 0,036 m³/s) ÷ 0,026 m/s

A = 2,08 m²

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Dimensões horizontais

Largura

B = 40 cm = 0,4 m (Adotado)

Comprimento:

L = A ÷ B

L = 2,08 m² ÷ 0,4 m

L = 5,2 m

Adotar 5,5 m

Lâmina de água mínima no desarenador

Hn = Q ÷ (Vm x B)

Hn = 0,036 m³/s ÷ (0,24m/s x 0,4)

Hn = 0,38 m

Volume diário de sólido de sedimento

VSD = β.Q.t

VSD = 1x10-4 m³areia/m³água x 3110 m³/dia x 1 dia

VSD = 0,311 m³/dia

Profundidade da câmara de sólidos

h = VSD ÷ (L.B)

h = 0,311 m³/dia ÷ (5,2 m x 0,4 m)

Velocidade de sedimentação das partículas com retenção de 80%

V0 ÷ Vv = 0,8

V0 = 0,026 m/s x 0,8

V0 = 0,0208 m/s

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Diâmetro das partículas com retenção de 80%

V0 = ø.(80%).(3.T+70)

ø = 0,0002 m ou 0,2 mm

3.2.3. Medidor de Vazão

Para uma vazão máxima de 36l/s adotamos um vertedor modelo Thompson de altura

máxima para H = 30cm. A vazão instantânea dada por esse modelo de medidor pode ser

calculada pela seguinte fórmula:

Q = 1,4 . , onde H é a altura medida no vertedor.

3.2.4. Sistema de Lagoa Anaeróbia

Carga afluente de DBO

L = 604,8 kg.DBOs/dia

Adoção da taxa de aplicação volumétrica

Lv = 0,1 kg.DBO/m³.dia

Cálculo do volume requerido

V = Carga ÷ Carga Volumétrica

V = L ÷ Lv

V = 604,8 kg.DBO/dia ÷ 0,1 kg.DBO/m³.dia

V = 6048m³

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Verificação do tempo de detenção

Tempo = Volume ÷ Vazão

t = V ÷ Q

t = 6048m³ ÷ 1728m³/dia

t = 3,5 dias

Determinação da área requerida

Profundidade adotada: H = 4,5 m

Área = Volume ÷ Profundidade

A = V ÷ H

A = 6048 m³ ÷ 4,5 m

A = 1344 m² = 0,135 ha. Adotar uma lagoa com dimensões no fundo de 50m x 27m e

dimensões na superfície de 59m x 36m com inclinação de talude de 45°.

Concentração de DBO efluente

Eficiência de remoção da DBO: E=50% (adotado)

E = ((S0 – S) ÷ S0) x 100

50 = ((350 – S) ÷ 350) x 100

S = 175 mg/l

Acúmulo de lodo na lagoa anaeróbia

Adotando-se uma taxa de acúmulo de 0,03 m³/hab.ano

Acanual = Txacúmulo x População

Acanual = 0,03 m³/ano.hab x 11300 hab

Espanual = (Acanual x 1 ano) ÷ Área

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Espanual = (339 m³/ano x 1 ano) ÷ 1344 m²

Espanual = 0,25 m/ano = 25 cm/ano

Limpeza do lodo de 9 em 9 anos que é quando ao lodo atinge a metade da altura útil da

lagoa.

Área total requerida

A área total requerida é de 0,45 ha. A área total requerida para todos os componentes da

estação é aproximadamente 30% superior a este valor. Assim, a área total será de 0,59 ha.

Dimensões da Lagoa

Adotar uma lagoa de 35 m de comprimento por 58 m de largura.

58 metros

35 metros

3.2.5. Sistema de Lagoa Aerada Facultativa

Adoção de um tempo de detenção

t = 8 dias (adotado)

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Estimativa da DBO solúvel efluente

Admitindo-se um sistema de mistura completa, e adotando o coeficiente K = 0,6 dias -1 para 20°C, corrigido para 0,7 dias -1 a 23°C:

DBOs solúvel:

S = S0 ÷ (1 + K.t)

S = 175 ÷ (1 + 0,7x8)

S = 27 mg/l

Estimativa da DBO particulada efluente

Assumindo que o efluente contenha 100 mg/l de sólidos em suspensão (SS) (O que garante uma segurança razoável), a concentração de DBOs particulada efluente será de aproximadamente:

DBOs part = 0,175 mgDBOs/mgSS x 100 mgSS/l

DBOs part = 17,5 mgDBOs/l

DBO total efluente

DBO total = DBO solúvel + DBO part

DBO total = 27mg/l + 17,5 mg/l

DBO total = 44,5 mg/l

A eficiência do sistema na remoção da DBO é:

E = ((S0 – S) ÷ S0) x 100

E = ((175 mg/l – 44,5 mg/l) ÷ 175) x 100

E = 74%

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Volume requerido

V = t x Q

V = 8 dias x 1728 m³/dia

V = 13824 m³

Área requerida

Adotando-se uma profundidade de 4 m.

A = V ÷ H

A = 13824 m³ ÷ 4 m

A = 3456 m² = 0,35 ha. Adotar uma lagoa com dimensões no fundo de 50m x 70m e

dimensões na superfície de 59m x 79m com inclinação de talude de 45°.

Requisitos de oxigênio

Adotando a = 1,0 kg.O2/KgDBOs

RO = a x Q x (S0 - S)

RO = 1,0 x 1728 m³/dia x (175 mg/l - 45 mg/l)

RO = 225 kg.O2/dia = 9,36 kg.O2/h

Requisitos de energia

Adotar aeradores flutuantes, de alta rotação. A eficiência de oxigenação, nas condições padrão, é da ordem de:

EO = 1,8 kg.O2/kWh

A eficiência de oxigenação no campo pode ser adotada como em torno de 60% da EO

padrão.

EOcampo = 0,70 x 1,8 kg.O2/kWh

EOcampo = 1,3 kg.O2/kWh

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A potência requerida é:

Pot = RO ÷ EOcampo

Pot = 9,36 kg.O2/h ÷ 1,3 kg.O2/kWh

Pot = 7,2 kW = 10 cv

Aeradores

Adotar 1 aerador comercial de 10 cv de potência.

Figura 1: Modelo de aerador

Dimensões da Lagoa

Adotar uma lagoa de 79 m de comprimento por 59 m de largura.

Parte sem

aeração 59 metros

79 metros

Verificação da densidade de potência

A densidade de potência média em toda a lagoa é:

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ϕ = Pot ÷ V

ϕ = 7200 W ÷ 13824 m³

ϕ = 0,61 w/m³

Esta densidade de potência manterá baixa quantidade de sólidos em suspensão. O que é desejável na lagoa facultativa aerada.

Acúmulo de lodo

Acumulação anual

Acanual = 0,05m³/hab.ano x 11300 hab

Acanual = 565 m³/ano

Espessura em 1 ano:

Esp = (565 m³/ano x 1 ano) ÷ 3456 m²

Esp = 0,16 m/ano = 16 cm/ ano

Espessura de manutenção:

Espm = H x 30%

Espm = 4 m x 30%

Espm = 1,12 m

Tempo de manutenção:

t = Espm ÷ Esp

t = 1,12 m ÷ 0,16 m/ano

t = 7 anos

Após 7 anos de operação, haverá um acúmulo de lodo considerável, reduzindo a altura útil

da lagoa em torno de 30%. Recomenda-se uma limpeza após esse período.

Área total requerida

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A área total requerida é de 0,45 ha. A área total requerida para todos os componentes da

estação é aproximadamente 30% superior a este valor. Assim, a área total será de 0,59 ha.

4. MANUAL DE OPERAÇÃO

Os despejos sanitários oriundos do empreendimento chegam ao canal de entrada da

ETE por gravidade.

A intervenção de operação manual na estrutura de entrada se restringe a limpeza

diária dos sólidos grosseiros retidos na grade de barras, e periódicos, em função do volume

acumulado, da areia retida na caixa de areia. Esses resíduos serão acumulados

temporariamente em recipientes adequados para destino final a ser dado, periodicamente,

em aterro sanitário.

Características do Efluente Tratado

De acordo com a descrição apresentada e com a Memória de Cálculo da ETE, os

efluentes finais, antes de serem lançados no corpo receptor, deverão ser amostrados,

analisados e controlados, mediante Supervisão de Operação qualificada, devendo

apresentar características físico-químicas e bacteriológicas compatíveis coma legislação

vigente, especialmente a Resolução n. 20 de 18 de Junho de 1986, do CONAMA, Conselho

Nacional do Meio Ambiente.

5. MANUAL DE MANUTENÇÃO

Gradeamento

Fazer a retirada dos sólidos grosseiros diariamente;

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Dispor o material retirado em recipientes adequados com recobrimento para

posteriormente serem despejados em aterro sanitário.

Desarenador

Fazer a retirada da areia depositada no fundo quando atingir 15cm de areia no fundo

do desarenador.

Dispor a areia retirada em aterro sanitário.

Medidor de vazão Thompson

Fazer as medições de vazão diariamente.

Não há operação na estrutura física do medidor.

Lagoa Anaeróbia

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;

Conservar limpos os dispositivos de saída;

Conservar as margens da lagoa sem qualquer tipo de vegetação, para evitar a

proliferação de insetos;

Fazer a remoção do lodo acumulado no fundo da lagoa a cada 9 anos.

Lagoa Aerada Facultativa

Seguir as mesmas recomendações de operação da lagoa anaeróbia.

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Retirar todo o material sobrenadante (escumas, óleos, graxas, lodo e folhas) usando

peneiras ou jatos d’água. O material removido deve ser destinado a aterro sanitário;

Conferir periodicamente a posição dos aeradores;

Executar frequentemente a manutenção dos equipamentos;

Monitorar o Oxigênio Dissolvido para estabelecer a disposição mais adequada dos

aeradores.

Fazer a remoção do lodo acumulado no fundo da lagoa a cada 7 anos.

6. ANEXOS (PLANTAS)