tratamento de esgoto (saneamento)

EEA – Empresa de Engenharia Ambiental Ltda. [email protected]

Curso de Tratamento de Esgoto – texto oferecido gratuitamente pela Empresa de Engenharia Ambiental - EEADivulgação neste site (www.comitepcj.sp.gov.br) por iniciativa da Câmara Técnica de Saneamento (CT-SA) dos Comitês PCJ

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Capítulo 2: Tratamento Preliminar:

2.1 Introdução.

A despoluição dos córregos acontece através de vários mecanismos, sendo que os

principais são: o tratamento do esgoto, o reuso da água e a mudança de hábito.

O tratamento de esgoto pode ser definido, como a retirada de poluentes da água,

através de processos biológicos, químicos ou por meio de operações físicas.

O reuso da água, refere-se a seu reaproveitamento para usos menos restritivos;

Como exemplo, pode ser citada a utilização da água da pia do lavatório, sendo esta

retornada para água do vaso sanitário. É importante perceber que a água do vaso sanitário

não requer a presença de flúor.

A mudança de hábito por parte da população pode

ocorrer em residências, através da diminuição da descarga de

dejetos, tanto pelo vaso sanitário (papel higiênico, fios de

cabelo e produtos de limpeza), como pelo lavatório (restos de

comida e produtos de limpeza). Nas indústrias seriam

necessárias mudanças na forma de produção, ou seja, estudar

a maneira de produção que forme o menor número de

resíduos possível.

Neste curso estaremos dando ênfase, principalmente para o tratamento de esgoto:

Entretanto cabe lembramos, que a mudança de hábito e o reuso são quase sempre mais

eficazes e de menor custo de implantação e operação.

Ter coragem de projetar e questionar “verdades absolutas” é muito importante;

infelizmente vemos que os livros editados na década de 1990 apresentam poucas

mudanças tecnológicas em relação aos publicados na década de 1970.

Esta apostila tentará mostrar possibilidades diferentes das convencionais, dando-

se ênfase ao lado prático do Tratamento de Esgoto.

É prioridade, o entendimento dos principais conceitos para que o leitor consiga

assimilar com facilidade, as diferenças entre os vários tipos de unidades existentes, para

se tratar águas residuárias.

“Questionarverdades

absolutas émuito

importante nosprojetos de

engenharia”



93

O tratamento de águas residuárias pode incluir várias técnicas e pode ser

realizado, de maneira a garantir um grau de tratamento compatível com as condições

desejadas pelo rio.

As diversas fases ou graus de tratamento convencional costumam ser classificados

como:

a) Tratamento Preliminar: Destina-se à preparação das águas de esgoto para uma

disposição ou tratamento subsequente. As unidades preliminares podem compreender:

- Grades ou desintegradores;

- Caixas de areia ou desarenadores;

- Tanques de remoção de óleos e graxas;

- Aeração preliminar;

- Tratamento dos gases.

b) Tratamento Primário: Além das operações preliminares poderá incluir:

- Decantação primária;

- Precipitação química;

- Digestão dos lodos;

- Disposição sobre o terreno, incineração ou afastamento dos lodos resultantes;

- Desinfecção;

- Filtros grosseiros.

c) Tratamento Secundário: São aqueles que apresentam tratamento biológico:

- Filtração biológica aeróbia;

- Filtração biológica anaeróbia;

- Lodos ativados;

- Reatores anaeróbios.

d) Tratamento Terciário: São aqueles que objetivam a remoção de nutrientes:

- Tratamento avançado;

- Tratamento combinado.



94

2.2 Separação sólido/líquido.

2.2.1 - Separação de Sólidos Grosseiros em Suspensão.

A separação de sólidos grosseiros em suspensão, presentes em efluentes líquidos pode

ser feita, através das operações de gradeamento e peneiramento.

a) Gradeamento:

São dispositivos constituídos por barras paralelas e igualmente espaçadas que

destinam-se a reter sólidos grosseiros em suspensão e corpos flutuantes.

O gradeamento é a primeira unidade de uma estação de tratamento de esgoto, sendo

que essa unidade, só não deve ser prevista, na ausência total de sólidos grosseiros no

efluente a ser tratado.

Tabela 1. Aberturas ou espaçamentos e dimensões das barras :

Tipo de grade: Espaçamento(mm):

Espessuras mais usuais(mm):

40 10 e 1360 10 e1380 10 e 13

Grosseira

100 10 e1320 8 e 1030 8 e10Média40 8 e 1010 6, 8 e 1015 6, 8 e 10Fina20 6, 8 e 10

Tabela 2. Eficiência do sistema de gradeamento (E):

t a = 20 mm a = 25 mm a = 30 mm6 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;



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O sistema de gradeamento pode conter uma ou mais grades. As grades grosseiras

são utilizadas, quando o esgoto apresenta grande quantidade de sujeira. Nas grades são

retidas pedras, pedaços de madeira, brinquedos, animais mortos e outros objetos de

tamanho elevado.

As grades média e fina devem ser utilizadas para retirada de partículas, que

ultrapassam o gradeamento grosseiro. As grades fina e média só devem ser instaladas,

sem o gradeamento grosseiro, no caso de remoção mecânica dos resíduos.

- Dimensionamento da área necessária para o canal das barras

As velocidades recomendadas através das barras são de:

Máxima: 0,75 m/s;

Mínima: 0,40 m/s.

Esses valores devem ser verificados para as velocidades máxima, média e mínima.

S (área do canal) = Au / E;

A altura da lâmina de água, a montante da grade é determinada pelo nível de água,

da unidade subsequente e pela perda de carga na grade.

- Perda de carga nas grades:

Hf = 1,43 (V2 + v2) / 2 . g

Deve-se também calcular, a perda de carga, nos casos em que a grade fica 50 %

suja; isto é, quando a velocidade do fluxo se torna duas vezes maior.

Au = área livre = Au = Q/V;E = Eficiência (Tabela 2);

V = Velocidade através das grades (usual = 0,6 m/s);v = Velocidade a montante da grade = V . E;g = 9,8 m/s2;Hf = perda de carga nas barras.



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Tabela 3: Composição do material retido nas grades.Papéis 10 a 70 %Estopa 10 a 20 %Trapos e panos 5 a 15 %Materiais diversos 20 a 60 %Material volátil 85 %Fonte: DAE – Departamento de Água e Esgoto do Estado de São Paulo (1969);

Após retido pelo sistema de gradeamento, o material deve ser removido e exposto

a luz, para secar, sendo em seguida encaminhado para um aterro sanitário ou incineração.

Para pequenas estações (vazão < 5 l/s), pode-se enterrar este material, desde que,

adequadamente. Deve-se ter vários cuidados para que não ocorra o acúmulo de resíduos

no gradeamento, para consequentemente não haver mau cheiro.

Obs.: É necessário prever acesso, para o operador manusear adequadamente o rastelo

e local para secagem e disposição diária do resíduo, até que o mesmo seja levado para o

aterro.

45 º a 60º

a

t

Limpeza manual com rastelo



97

b) Peneiramento:

O peneiramento tem como objetivo principal, a remoção de sólidos grosseiros

com granulometria maior que 0,25 mm. As peneiras podem ser classificadas em estáticas

e rotativas. Estas devem ser usadas principalmente, em sistemas de tratamento de águas

residuárias industriais, sendo que, em muitos casos, os sólidos separados podem ser

reaproveitados.

Podem ser utilizadas anteriormente aos Reatores Anaeróbios, já que estes

apresentam ótimo desempenho no tratamento de efluentes líquidos, com baixas

concentrações de matéria orgânica solúvel e particulada.

O aparecimento de peneiras mecanizadas tende a mudar o uso quase exclusivo do

gradeamento, no tratamento preliminar de esgotos sanitários.

- Peneiras estáticas:

Neste tipo de operação o efluente flui na parte superior, passando pela peneira

inclinada, sendo posteriormente encaminhado para unidade seguinte. Os sólidos fixados

na peneira são empurrados pela força do próprio efluente.

Este tipo de peneira é muito empregado nas indústrias; de celulose e papel, têxtil, nos

frigoríficos, curtumes, fábricas de sucos, fecularias, como também na remoção de sólidos

suspensos de esgotos sanitários.

afluente

Efluente

Sólidos retidos

Peneira estática



98

- Peneiras rotativas:

Nesta peneira, o efluente penetra através da parte superior da peneira, atravessa as

fendas, sendo recolhido na caixa inferior. Os sólidos são removidos por uma lâmina

raspadora, sendo recolhido em um vaso coletor.

Para dimensionar as peneiras rotativas, é necessário saber a taxa de aplicação, que

é determinada pelo fabricante.

A = Q / I onde

2.2.2 - Separação de Partículas Discretas.

Partículas discretas são aquelas que durante a sedimentação, não alteram sua

forma, peso ou volume.

Nos sistemas de tratamento de esgoto doméstico, partículas discretas são quase

totalmente constituídas de areia, que surge através do sistema de coleta mau construído.

Outras partículas discretas são os cereais, muito encontrados em indústrias

alimentícias.

As partículas discretas devem ser retiradas antes do processo biológico, devido as

suas características abrasivas; por serem inertes e tenderem a se acumular nos sistemas de

tratamento.

As partículas de areia devem ser removidas, nas unidades de tratamento

preliminar, denominadas caixas de areia ou desarenadores. Essas unidades são

dimensionadas a partir do conhecimento da velocidade de sedimentação das partículas.

Tabela 4: Velocidade de sedimentação em relação ao tamanho da partícula:

Tamanho das partículas Fórmula de Allen Valores práticos1,0 mm 8,5 cm/s 10 cm/s0,5 mm 4,3 cm/s 5 cm/s0,3 mm 2,6 cm/s 3 cm/s0,2 mm 1,7 cm/s 2 cm/s0,1 mm 0,9 cm/s 1 cm/s

A = área da tela;Q = vazão (m3/h);I = Taxa de Aplicação (m3 / m2. dia)



99

a- Caixa de Areia e Desarenadores:

- Velocidade nas caixas de areia:

A velocidade recomendada para projeto de caixas de areia é da ordem de 0,30

m/s. A velocidade na caixa de areia deve ser menor do que 0,45 m/s e maior do que 0,10

m/s para qualquer etapa de um projeto.

- Largura das caixas de areia:

b = Qmax / (hmax . V) onde

Z = ( Qmax . Hmin – Qmin . Hmax) / ( Qmax - Qmin );

onde

H = ( Q / k)1 / n;

Planta Baixa

Corte

Gradeamento, Caixa de Areia e Calha

b = Largura da caixa de areia;hmax = Hmax + Z;V = Velocidade adotada nos canais.

Qmax = Vazão máxima;Qmin = Vazão mínima;Hmáx = altura máxima;Hmín = altura mínima.



100

Tabela 5. Valores de n e k:

W N K3” 1,547 0,1766” 1,580 0,3819” 1,53 0,5351’ 1,522 0,6902’ 1,550 1,426

Tabela 6: Valores de vazão (l/s), nos medidores Parshall:

Garganta WH (cm)3” 6” 9” 1’

3 0,8 1,4 2,5 3,14 1,2 2,3 4,0 4,65 1,5 3,2 5,5 7,06 2,3 4,5 7,3 9,97 2,9 5,7 9,1 12,58 3,5 7,1 11,1 14,59 4,3 8,5 13,5 17,710 5,0 10,3 15,8 20,911 5,8 11,6 18,1 23,812 6,7 13,4 21,0 27,413 7,5 15,2 23,8 3114 8,5 17,3 26,6 34,815 9,4 19,1 29,2 38,416 10,8 21,1 32,4 42,517 11,4 23,2 35,6 46,818 12,4 25,2 38,8 5119 13,5 27,7 42,3 55,220 14,6 30 45,7 59,825 20,6 42,5 64,2 83,830 27,4 57,0 85,0 111,035 34,4 72,2 106,8 139,040 42,5 89,5 131,0 170,045 51,0 107,0 157,0 203,050 - - 185,0 240,055 - - 214,0 277,060 - - 243,0 314,065 - - - 356,070 - - - 402,0



101

- Comprimento da caixa de areia (m):

Tabela 7: Valores de taxa de escoamento superficial (m3/m2.dia):

% RemoçãoDiâmetro médio(mm) 100 % 90 % 85 %0,16 288 390 5000,20 400 670 8700,25 650 1100 1300

A taxa de escoamento superficial é utilizada, para verificação do cálculo de

diversas unidades de tratamento de água e de esgoto. Através de dados de estações

operando, pode-se obter valores para comparação com os dados de projeto.

Para caixas de areia, o valor adotado para a boa eficiência deve variar entre 600 e

1200 m3/m2.dia, ou seja, em cada m2 de área superficial, é possível passar uma vazão

entre 600 e 1200 m3/dia. No caso de uma caixa de areia com área de 5 m2, pode-se ter

uma vazão entre 3000 e 6000 m3/dia.

L = V . hmáx / (Q/A) onde;

Considerando-se:

velocidade = 0,30 cm/s;

Q/A = 1150 m3/m2.dia (0,0133 m/seg);

É possível obter uma eficiência de 90 %, na remoção de partículas maiores que 0,25 mm.

Se L = 0,3 . hmáx / 0,0133, então L = 22,5 . hmáx;

- Área da seção transversal da caixa de areia ( m2):

S = b . hmáx;

Obs.: Ao se calcular uma caixa de areia deve-se, após o dimensionamento, verificar se as

velocidades e as taxas de escoamento superficial estão dentro dos valores descritos.

L = comprimento da caixa de areia (m);Q/A = Taxa de escoamento superficial (m3/m2.dia);V = Velocidade no canal (m/s);hmáx = altura da lâmina d’água.



102

Tabela 8: Verificação das dimensões da caixa de areia.

Q m3/s H m h m b(m) S(m2) L (m) Velocidade (m/s) Taxa (m3/m2.dia)Qmáx Hmáx Hmáx b Smáx L 0,15 < v < 0,45 600 < TES < 1200Qméd Hméd Hméd b Sméd L 0,15 < v < 0,45 600 < TES < 1200Qmín Hmín Hmín b Smín L 0,15 < v < 0,45 600 < TES < 1200

Tabela 9: Dimensões do vertedor Parshall:

W A B C D E F G K N L / SPol Cm Cm Cm Cm Cm Cm Cm Cm Cm Cm Qmín Qmáx3 7,6 46,6 45,7 17,8 25,9 61,0 15,2 30,5 2,5 5,7 0,85 53,86 15,2 62,1 61,0 39,4 32,1 61,0 30,5 61 7,6 11,4 1,42 110,49 22,9 88,0 86,4 38,0 57,5 76,3 30,5 45,7 7,6 11,4 2,55 251,912 30,5 137,2 134,4 61,0 84,5 91,5 61,0 91,5 7,6 22,9 3,11 455,618 45,7 144,9 142,0 76,2 102,6 91,5 61,0 91,5 7,6 22,9 4,25 696,224 61,0 152,5 149,6 91,5 120,7 91,5 61,0 91,5 7,6 22,9 11,89 936,7

A



103

b – Caixa de areia circular:

Neste tipo de caixa, a areia também é retirada na entrada da estação de tratamento

de esgoto; o que a diferencia das caixas de areia retangulares é a ocupação do espaço.

Apesar de ocupar a mesma área, este tipo de unidade pode adequar-se melhor ao espaço

disponível para sua instalação.

Em casos que não exista área suficiente para a instalação de caixas de areia

retangulares, devido ao seu grande comprimento, pode-se projetar caixas de areia com

formato circular.

Fonte: Projeto de estação Pré-Fabricada em fibra de vidro.

O cálculo das caixas de areia circular deve considerar a mesma taxa de

escoamento superficial, adotadas no cálculo de caixas de areia retangulares. Devem ser

usadas para população menor que 10.000 habitantes.

- Falhas operacionais dos desarenadores:

Algumas evidências de falhas na operação são, o aparecimento de excesso de

matéria orgânica no material removido, que pode ser causado, pela variação na

velocidade do canal e pelo tempo de retenção muito longo; este pode ser prevenido com a

instalação de um sistema de aeração. Outra evidência é o arraste de areia no efluente,

causado pela velocidade do esgoto, ser maior do que a do projeto, ou por haver demora

na limpeza das caixas de areia. Isto pode ser prevenido, com o uso de duas caixas em

paralelo e pela limpeza com maior freqüência.



104

2.3 Caixa de gordura:

Os líquidos, as pastas e demais corpos não miscíveis com a água, mas que têm

peso específico menor, e portanto tendem a flutuar na superfície, podem ser retidos por

dispositivos muito simples, denominados caixas de gordura.

Os esgotos domésticos possuem grande quantidade de óleos, graxas e outros

materiais flutuantes. Existe então, a necessidade da remoção destes materiais para se

evitar: obstruções dos coletores, aderência nas peças especiais das redes de esgoto,

acúmulo nas unidades de tratamento e principalmente aspectos desagradáveis no corpo

receptor.

As características de uma caixa de gordura dependem, da localização onde será

instalada, do tipo de efluente e da quantidade de esgoto a ser tratado.

Os principais sistemas são:

- Caixa de gordura domiciliar;

- Caixa de gordura coletiva;

- Remoção de gordura nas unidades de tratamento;

- Tanques aerados ou flotadores;

- Separadores de óleo.

Suas características físicas devem ser dimensionadas para as seguintes condições:

- Capacidade de acumulação de gordura entre cada limpeza;

- Condições de tranqüilidade hidráulica;

- Entrada e saída projetados para permitir escoamento do efluente;

- Distâncias mínimas respeitadas;

- Condições de vedação para maus odores e contato com insetos e roedores.

As gorduras são normalmente originadas, dos esgotos de cozinha, ou de despejos

industriais típicos. Possuem capacidade de se agrupar, alterando o tempo de detenção de

acordo com a velocidade de ascensão; esta velocidade pode ser observada em cilindros

graduados, pela determinação do tempo necessário para formar uma camada de escuma

na superfície do líquido.



105

2.3.1 Parâmetros de Dimensionamento;

Para óleos vegetais, animais e minerais, cuja densidade é próxima de 0,8 g/ml,

basta a detenção de 3 minutos nas unidades até 10 l/s, de 4 minutos para unidades até 20

l/s e de 5 minutos para unidades maiores que 20 l/s.

Para temperaturas maiores que 25º C pode-se adotar tempo de detenção maior,

sendo o máximo de 30 minutos.

O fundo do tanque deve ser fortemente inclinado em direção à saída, para evitar o

acúmulo de sólidos sedimentáveis. Caso não seja possível a inclinação do fundo deve-se

efetuar limpezas periódicas.

As caixas podem ser circulares ou retangulares; deve haver uma entrada afundada

para evitar a turbulência e uma saída também afundada, para arraste dos sólidos

sedimentáveis.

A área necessária é a vazão máxima dividida pela velocidade.

A (m2) = Q (m3/ h) / V(m/h);

V (m/h) = H (m) / T (h);

- Volume de gordura acumulada por tempo;

Vg(l/s) = Qm (l/s) . y (mg/l) / C (mg/l);

- Tempo necessário entre cada limpeza:

T(s) = Vg (l/s) / V(l);

A = área da caixa de gordura;Q = vazão máxima afluente;V = velocidade mínima de ascensão;H = altura do líquido no cilindro;T = tempo de subida de uma pequena partícula.

Vg = volume de gordura acumulada emfunção do tempo;Q = vazão média de esgoto afluente;Y = densidade do óleo ou graxa;C = concentração do óleo no afluente.

T = tempo entre as limpezas;Vg = volume de gordura acumulado portempo;V = volume de reservação.



106

- Dicas operacionais:

Para facilitar a operação e diminuir os problemas causados pela gordura, são

necessárias as seguintes medidas:

a) fazer vistoria a cada 3 dias;

b) O período máximo entre as limpezas da gordura deve ser de 30 dias;

c) Valores acima de 30 dias devem ser amplamente justificados pelo operador;

d) A cada ano esgotar totalmente a caixa para retirada de matéria depositada no fundo;

e) Em caso de entupimento, inserir fluxo contrário ao normau através da tubulação de

saída;

f) Verificar se dados de projeto equivalem aos de operação.

Caixa de Gordura Circular

Caixa de gordura retangular



107

2.4 - Decantadores.

Os decantadores são unidades dimensionadas, para que o líquido tenha uma baixa

velocidade, possibilitando assim, a sedimentação de algumas partículas.

Partículas floculentas são aquelas, que podem variar sua velocidade de

sedimentação, devido à modificação de sua forma, dimensão e densidade, durante o

processo de sedimentação. A abrangência do fenômeno é a floculação, que depende da

possibilidade de choques entre as partículas. Esses efeitos podem ser quantificados,

através de testes de sedimentação, não sendo possível equacioná-los, em função das

características das partículas e do fluido; ao contrário do que ocorre com as partículas

discretas.

O teste é efetuado em colunas de sedimentação, com altura igual a do decantador

a ser construído. Comumente, são utilizados tubos de 150 mm de diâmetro, e 3,0 m de

altura, com tomadas de amostras a cada 30 cm. O líquido deve estar totalmente

misturado, logo no início do experimento, de maneira que a concentração deste, seja igual

em qualquer ponto do tubo.

As amostras de todos os pontos de amostragem devem ser retiradas, em intervalos

de tempo pré-fixados. Tais amostras são analisadas, para determinar a concentração de

sólidos totais em suspensão. Para cada amostra calcula-se a porcentagem removida,

lançando-se os valores obtidos em gráfico de profundidade, versus o tempo. Pode-se

construir então, curvas de porcentagem de remoção, unindo-se os pontos que apresentam

os mesmos valores.



108

As taxas de escoamento superficial (TES) são determinadas em função do tempo.

TES = H / t

Para se projetar um decantador, deve-se adotar 0,65 como fator de escala para

TES e 1,75 como fator de escala para t.

- Valores usuais para projetos de Decantadores Primários:

Quando verifica-se que o tratamento biológico é inviável e que a quantidade de

sólidos sedimentáveis é considerável, deve-se optar pelo uso de decantador primário. No

caso de existir tratamento biológico, deve-se avaliar a necessidade da utilização do

decantador, pois, caso a unidade de remoção biológica tenha essa função, não existe a

necessidade de unidade de decantação.

Os decantadores podem ser classificados, de acordo com sua forma, ou seja,

podem ser retangulares, quadrados ou circulares; podendo apresentar o fundo chato,

inclinado ou com poços de lodo. A remoção do lodo pode ser mecanizada ou simples.

Os dispositivos de entrada de um decantador são os vertedores simples, cortinas

perfuradas, canalizações múltiplas, canalização central.

Os principais dispositivos de saída são os vertedores, calhas e canaletas.

Para esgoto doméstico, os decantadores primários são utilizados no sistema de

lodos ativados convencional, ou antes de tratamento físico-químico. A Taxa de

Escoamento Superficial para este caso varia entre 30 e 40 m3 /m2.dia.

A velocidade no sentido longitudinal, não deve exceder 8 mm/s. A relação

comprimento/profundidade deve ser menor ou igual a 30. A profundidade mínima deve

ser de 1,5 metros e a máxima de 4,5 metros. A relação comprimento/largura deve situar-

se entre 3 e 5.

A descarga de fundo deve apresentar a seguinte área: S = A . H1/2 / 4850 T.

Onde,

TES = Taxa de escoamento superficial (m3 / m2.dia).H = altura do decantador;T = tempo da análise.



109

A = área do decantador, (m2);

T = tempo para esvaziamento, (horas);

H = altura da água sobre o eixo do conduto, (m);

S = Área necessária para o condutor, (m2).

Canalização de escuma: diâmetro igual ou superior a 150 mm, para uma

declividade considerada boa.

Os decantadores primários não serão muito abordados, pois são pouco usados,

devido a sua baixa eficiência (próximo de 40%) e alta formação de lodo.

Os decantadores secundários serão amplamente abordados no capítulo 9 –

Parâmetros de Projeto para Processos Aeróbios.

5 % 5 %

Canaleta Central (5 %)

Seção transversal de um decantador com limpeza manual

Decantadores com limpeza mecanizada

motorafluente

efluente



110

Decantador convencional com escoamento vertical



111

2.4 - Flotação.

A flotação é o movimento ascendente de partículas, provocado pelo aumento das

forças de empuxo em relação às gravitacionais. Essas forças de empuxo são causadas,

pela adesão de bolhas de ar nas partículas sólidas.

A flotação tem sido empregada, nos sistemas de tratamento de águas residuárias,

para a separação líquido - óleos, líquido - algas e líquido – sólidos suspensos.

Os materiais menos densos encaminham-se para a parte superior de um

decantador, inviabilizando sua operação; devido a isso, esses materiais devem ser

removidos, através de flotação. Entretanto, os sólidos mais densos que a água, também

podem ser removidos por flotação. Com a agregação entre o gás e os sólidos as partículas

ficam menos densas tendendo a flotação.

A flotação com ar pode ser feita através dos seguintes meios:

a) Flotação com ar - Introdução de ar no líquido, através de difusores, mantendo-se o

líquido à pressão atmosférica;

1 2 3 4

F1

Partícula sedimentando Agregação ar partícula

F1

F2 F2

Floco menos denso

Fr

Velocidadeascensional

Sem Pressurização do Afluente

efluente

afluente

Compressorde ar

bomba

Câmara de flotação

Saída domaterialflotado



112

b) Flotação por Ar - Dissolvido - Introdução de ar no líquido sob pressão, seguido de

despressurização na base do flotador, levando à formação de bolhas minúsculas;

Pressurização Parcial do Afluente

efluente

afluente

Câmara deSaturação

bomba

Câmara de flotação

Saída domaterialflotado

Pressurização Total do

Câmara de FlotaçãoCâmrara deSaturação

afluente

efluente

Pressurização da Recirculação

CâmaraSaturação efluente

afluente



113

É comprovado que os flotadores com câmara de saturação são mais eficientes,

quando comparados aos que apresentam aplicação direta do ar, na câmara de flotação, por

meio de um compressor.

Estudaremos então o projeto de flotadores com câmara de saturação:

- 1a Etapa: Geração da Bolha.

A formação da bolha é conseguida através da introdução de ar, até a saturação no

afluente, ou em parcela do efluente recirculado. Essa operação ocorre na câmara de

saturação, que trabalha sob pressão de 250 a 500 Kpa; taxa de escoamento superficial de

1000 a 2000 m3/m2.dia e um tempo de detenção hidráulico de 5 minutos. Na etapa

subseqüente, a pressão é reduzida na unidade de flotação, que opera normalmente à

pressão atmosférica. O gás dissolvido à alta pressão é liberado, para com isso estabelecer

o novo equilíbrio, controlado pela pressão parcial do gás na unidade de flotação.

Os fatores mais importantes na geração de bolhas de gás são:

1) pressão na câmara de saturação;

2) relação entre a vazão de ar e a vazão de líquido;

3) características das águas residuárias (tensão superficial);

4) tipo de bocal difusor.

As características das águas residuárias são responsáveis, pelo tamanho máximo

de bolhas estáveis, ou pela indicação de quando a coalescência das bolhas ocorrerá.

Existe relação entre o diâmetro médio da bolha e a pressão de saturação, sendo

que, em geral, o diâmetro da bolha é maior, quanto menor for a pressão.

manômetro

rotâmetro

ventosa

Válvula desegurança

dreno

Câmara de Saturação



114

2a Etapa: Agregação (Ar – Sólido).

A formação de agregado estável, entre uma ou mais bolhas de gás e uma partícula

ou floco requer, a ocorrência de colisão entre ambos e a subseqüente aderência

permanente, entre as fases gasosa e sólida.

O encontro (colisão suave), entre bolha e partículas é facilitado pelo gradiente de

velocidade na unidade. Esses gradientes de velocidade podem resultar, do escoamento

contínuo na unidade ou do movimento ascendente das bolhas de gás, em relação ao

movimento descendente das partículas ou flocos.

É evidente, que as concentrações de bolhas e flocos afetam a freqüência de

colisões; entretanto, no tratamento de águas residuárias, ambas as fases estão presentes

em intensidade suficiente, para não transformarem-se em fatores limitantes. Portanto,

raramente é necessário, o aumento da concentração do número de bolhas, ou da

concentração de partículas, ou mesmo da intensidade do escoamento, para se atingir a

freqüência crítica (ideal) de colisão.

A aderência entre as partículas/flocos e as bolhas de gás depende, das forças

resultantes na interface gás-água-sólido, as quais resultam das forças físicas de atração e

das forças físico-químicas de repulsão. Essa etapa é predominantemente controlada por

fenômenos químicos, do que por fenômenos físicos.

A energia de adesão cresce, com o aumento da tensão superficial, nas superfícies

sólido-líquido e gás-líquido, e com o decréscimo da tensão superficial na interface gás-

sólido.

3a Etapa: Movimento Ascensional da Bolha.

Tendo sido formado um complexo estável, a força resultante provocará seu

movimento ascensional. A velocidade do movimento é estabelecida, quando as forças de

empuxo e de arraste se igualam.

É de se esperar, que quanto maior a quantidade de bolhas aderidas, maior será a

velocidade de ascensão. Esta condição está expressa pela relação AR/Sólidos (A/S), que é

o parâmetro mais importante no processo de flotação.



115

A determinação da relação A/S pode ser feita experimentalmente, em unidades de

alimentação contínuas ou em ensaios de batelada (flota-teste).

A relação de ar-sólido, em um sistema de flotação por ar dissolvido, com

pressurização e recirculação é dada por:

A / S = 1,3 Sar (f . P – 1) . R / Q . Xo;

Ver isto

A relação de ar-sólido em um sistema de flotação por ar dissolvido com

pressurização total é dada por:

A / S = 1,3 Sar (f . P – 1) / Xo;

Onde,

A/S: relação ar-sólido em mg . mg-1;

Sar: solubilidade do ar, em ml . l-1;

F: fração de gás dissolvido a uma dada pressão, usualmente 0,5 a 0,8;

P: pressão absoluta em atmosferas;

Xo: concentração de sólidos em suspensão em mg . l-1;

Q: vazão em l.S-1 ;

R: vazão de recirculação.

A / S = Quantidade de ar / quantidade de sólidos;f = Fração de ar dissolvido à pressão P (0,5 a 0,8);P = Pressão atmosférica ( atm);Xo = concentração de sólidos na água residuária;R = vazão de recirculação;Q = Vazão afluente.

A / S = Quantidade de ar / quantidade de sólidos;f = Fração de ar dissolvido à pressão P (0,5 a 0,8);P = Pressão atmosférica ( atm);Xo = concentração de sólidos na água residuária;R = Razão de recirculação;Q = Vazão afluente.



116

Tabela 10: Resumo para parâmetros de Projeto de Flotadores:

Taxa de Aplicação Superficial no Tanque de Flotação 100 a 150 m3/m2.diaÁrea do Tanque de Flotação com pressurização total Aflotador = Qafluente / TASÁrea do Tanque de Flotação recirculação pressurizada Aflotador = ( Qaflue. + Qrecir. ) / TASPara Tanque retangular Comprimento = 2,5 x larguraPlaca defletora da zona de contato Angulo = 60º

Taxa de Aplicação Superficial na Câmara de Saturação 400 a 600 m3/m2.diaA/S (com recirculação ) 1,3 . Sa . (f . P – 1) . Qrec / S . QaA/S (para SST = 3000 mg/l) 0,005 a 0,060 (Metcalf & Eddy)A/S ( para SST = 5000 mg/l) 0,022 a 0,034 (PATRIZZI)A/S ( para SST = 100 mg/l) 0,09 a 0,1 (PENETRA,1998)Pressão na Câmara de Saturação 2 a 4 atm ( (NUNES,1996)

Flotador retangular



117

2.5 Tratamento dos Gases:

Um dos problemas encontrados, para a instalação de estações de tratamento de

esgoto em centros urbanos são os odores exalados devido a liberação de gases. Os

principais gases formados nas reações destinadas ao tratamento de esgoto são: o

nitrogênio (N2), o gás carbônico (CO2), o metano (CH4), o gás sulfídrico (H2S), o

Oxigênio (O2) e o Hidrogênio (H2) conforme tabela abaixo.

Componente Teores limites Valor medianoCH4 54 – 77 % 67 %CO2 14 – 34 % 30 %N2 0 – 9 % 3 %H2 0 – 11 % 3 %O2 0 – 2 % 0,4 %H2S 0,004 – 0,9 % 0,01 %

Fonte: DAE (1969)

A legislação Brasileira, que estabelece padrões para a emissão de gases é a

resolução CONAMA nº 3, de 28 de junho de 1990. As estações de tratamento de esgoto

respeitam estes padrões, mas apesar disso, os gases devem ser tratados adequadamente,

devido a possibilidade de ocorrer mau odor e explosão.

O gás metano caracteriza-se, por ser combustível e inflamável; requerendo,

portanto, cuidados com risco de explosão. Já o gás sulfídrico tem como principal

característica, o mau odor, que pode gerar sérios problemas, se o mesmo acumular-se em

locais fechados.

Reação Humana Concentração de H2S (ppm)Odor incomodo 0,1 a 3Odor Ofensivo 3 a 10

Náusea 10 a 50Enjôo 50 a 100

Irritação Respiratória 100 a 300Edema Pulmonar 300 a 500

Sistema Nervoso Atacado 500 a 1000Letalidade 1000 a 2000



118

Grande parte do enxofre encontrado no esgoto transforma-se em H2S, através de

processos biológicos; porém, a turbulência apresenta grande influência na sua dissolução

do líquido.

O excesso de H2S nos tratamentos biológicos pode causar: a inibição do processo;

aceleramento da degradação dos equipamentos; corrosão da estrutura e aumento no

consumo de oxigênio.

H2S + 2 O2 → H2SO4 (ácido sulfúrico);

Esta reação é causada pelas bactérias Thiobacillus, dentro de um processo

biológico.

- Tipos de Tratamento dos Gases:

a) Coleta e disposição:

A mais antiga técnica de tratamento dos gases é a coleta e disposição na atmosfera.

No caso de pequenas estações, pode-se coletar os gases, através de tubulações especiais,

sendo esses, levados para local aberto, para que não venha a incomodar seres humanos.

O gás diluído na atmosfera, não apresenta mais o efeito ofensivo, anteriormente

presente em locais fechados.

b) Tratamento Químico:

H2S, CH4 e CO2

FossaSéptica



119

- Cloro e componentes clorados:

A Cloração é uma boa prática, para se controlar o odor, já que o cloro é um bom

oxidante, além de ter efeito bactericida. Reações com cloro tem sido utilizadas com

sucesso, para oxidação do sulfeto e conseqüente prevenção, contra a formação de

H2S.

As concentrações de cloro para o esgoto doméstico podem ser de 15 a 20 partes

para cada parte de sulfeto removido.

O grande problema deste método é a quantidade de cloro residual formada, que

em muitos casos, não são aceitos pelos órgãos de controle.

- Peróxido de Hidrogênio:

A experiência tem mostrado, que 1,5 a 4 mg/l de peróxido de hidrogênio oxida 1

mg/l de H2S. A reação com peróxido de hidrogênio é rápida e requer tempo de

detenção de 15 minutos em pH neutro.

Comparado ao cloro, a utilização do peróxido é mais econômica, devido ao menor

tempo de reação.

- Sais metálicos:

A concentração de 4,5 mg/l de Sulfato Ferroso é o suficiente, para a remoção de 1

mg/l de H2S.

A adição de sais exige equipamentos, como bomba dosadora, agitador mecânico e

tanque de estocagem.

- Permanganato de potássio:

Trata-se também de um ótimo oxidante. As dosagens são difíceis de serem

estabelecidas, mas a experiência prática mostra que 6 a 7 partes de permanganato são

requeridas para oxidação de uma parte do sulfeto.

- Ozônio:



120

Além de oxidante o ozônio é um ótimo desinfetante; é tóxico aos seres humanos,

em concentrações maiores que 1 ppm. A dosagem típica para o esgoto doméstico é

de 1 a 4 ppm de ozônio para 1 ppm de gás formado.

c) Tratamento Biológico:

- Oxidação biológica:

No tanque de aeração, de um processo de tratamento biológico aerado, o sulfeto é

oxidado a sulfato, explicando-se assim o porquê dos processos aeróbios exalarem

menos cheiro do que os anaeróbios. Nas estações que apresentam tanques de reação

aeróbios, o problema ocorre nas fases do tratamento preliminar.

- Filtração biológica:

Os filtros biológicos

para tratamento dos gases

podem ser, abertos ou

fechados na sua parte

superior.

O gás canalizado passa

por um controlador de

pressão, para impossibilitar

assim, a passagem de faíscas

ou chamas, para dentro do

reator. Esta é uma medida de

segurança contra explosões.

O gás sobe pelo meio

suporte, sendo este,

envolvido por bactérias que

consomem o gás sulfídrico

(H2S).

Saída de ar

Gotejamento de água

Dreno

Controleda pressão

Canalizaçãodos gases Meio Suporte

para bactérias



121

O meio suporte permanece sempre úmido, devido ao constante gotejamento;

favorecendo assim, o crescimento das bactérias. O tempo de contato das bactérias com o

gás deve ser verificado, de acordo com a concentração de gases, ou seja, quanto maior o

volume de gases maior o tempo despendido. O valor de 12 horas tem sido usual, porém,

um problema encontrado é o de quantificar a vazão de H2S em relação aos outros gases

também presentes.

Para que a unidade de tratamento de gases seja a menor possível, é ideal que estes

gases sejam separados em sua maior parte; ou seja, metano e gás carbônico devem ser

coletados por uma tubulação e o gás sulfídrico por outra.

- Controle do odor com carvão ativado:

Um bom material a ser

utilizado, que resiste à corrosão, é

a fibra de vidro.

Como recheio interno pode-

se usar o carvão ativado. A camada

de carvão ativado deve variar de

0,3 até 1,2 metros e o carvão dever

ser trocado a cada 2 anos. Pode-se

misturar o carvão ativado com

outros tipos de enchimentos.

CâmaraÚmida

MaterialSuporte

Distribuiçãodo gás

Ar limpo

CarvãoAtivado

Ar com odor



122

Características do gás metano:

O gás dos esgotos depende diretamente do teor de metano presente no mesmo,

mas para esgoto doméstico, este tem variado entre 4500 e 6500 cal/m3.

O metano queima com uma velocidade de propagação da chama de 0,3 m/seg e

apresenta condições de explosão quando misturado com ar, na proporção de 5,6 a 13,5 %

de metano em volume; devido a isto, é necessário isolar a área de acúmulo de metano, da

presença de O2.

Tabela 11: Comparação do gás da ETE Ipiranga com o distribuído em São Paulo:ETE IPIRANGA Companhia Paulista de

Serviços de GásMetano 67,7 % 13,8%

Anidrido Carbônico 17,8 % 4,3%Nitrogênio 13,3 % 9,8%Hidrogênio 2,0 % 42,2%Oxigênio 1,2 % 0,7%

Monóxido de Carbono - 23,4%Hidrocarbonetos - 5,8%

Densidade 0,8 0,6Poder calorífico 5400 cal/m3 4750 cal/m3

Fonte: DAE (1969)



123

2.6 Exercícios:

01. Quais são as maneiras de se despoluir um córrego?

02. Qual é o órgão que decide o destino do dinheiro a ser aplicado no Saneamento

Básico?

03. Explique Tratamento Preliminar.

04. Explique Tratamento Primário.

05. Explique Tratamento Secundário.

06. Explique Tratamento Terciário.

07. Explique Desinfecção.

08. Defina Sólidos Grosseiros em Suspensão. Dê exemplos.

09. Quais os principais mecanismos para remoção de sólidos grosseiros?

10. Calcular um sistema de gradeamento para uma população de 10000 habitantes.

Estimar a eficiência do sistema de gradeamento em 70 %. Calcular a dimensão das

grades e do canal.

11. Com os dados do exercício 10 calcular a perda de carga nas barras.

12. Qual o destino do material retido no sistema de gradeamento?

13. Calcular a área de uma peneira rotativa na qual o fabricante considera uma Taxa de

Aplicação Superficial de 35 m3/m2.h e população de 10000 habitantes.



124

14. Calcular a área de uma peneira estática na qual o fabricante considera um Taxa de

Aplicação Superficial de 20 m3/m2.h e população de 10000 habitantes.

15. Dimensionar uma caixa de areia para uma população de 10000 habitantes? Considerar

a colocação de um medidor Parshall.

16. Explicar os sintomas de falha operacional num desarenador.

17. Quais outros tipos de Desarenadores existentes?

18. Dimensionar uma caixa de gordura para ser limpa a cada 3 meses e com uma carga de

30 Kg/dia.

19. Dimensionar com a TES descrita na apostila e 10000 habitantes?

20. Explique os princípios de um sistema de flotação.

21. Quais os principais tipos de flotadores?

22. Explique a etapa de geração de bolhas num sistema de flotação.

23. Explique a importância da agregação ar-sólidos em sistema de flotação.

24. O que é o movimento ascensional da bolha? Qual a sua importância?

25. Dimensione um flotador para 10000 habitantes.

26. Quais são os gases gerados em uma estação de tratamento de esgoto?

27. Quais efeitos têm cada tipo de gás?



125

28. Quais os principais tipos de tratamento de gases?

29. Dimensione uma unidade de tratamento de gases para uma população de 10000

habitantes, que terá seu efluente líquido tratado por processo anaeróbio.

30. O que fazer com o gás metano?



126

Referências Bibliográficas.

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04. FORESTI, E. (1998) – “Notas da aula de Processos e Operações em Tratamentode Resíduos SHS-705”, Pós Graduação em Hidráulica e Saneamento na Escolade Engenharia de São Carlos.

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Escola Politécnica da Universidade de São Paulo.

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esgotos. 1ª edição: Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental;

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Relatório realizado na SANASA – Campinas como parte do trabalho de despoluição

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12. NB-569/ABNT (1989) – Projeto de estações elevatórias de esgoto sanitário:

Associação Brasileira de Normas Técnicas.

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14. REALI M. A. (1991). - Concepção e Avaliação de um Sistema Compacto para

Tratamento de Águas de Abastecimento Utilizando Processo de Flotação por

Ar Dissolvido e Filtração com Taxa. Declinante. Tese de Doutorado EESC -USP

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15. CAMPOS, J. R. (1998) – “Notas da aula de Tratamento de Águas Residuárias”,Pós Graduação em Hidráulica e Saneamento na Escola de Engenharia de SãoCarlos.

tratamento de esgoto (saneamento)

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