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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
“Questionar
verdades
absolutas é
muito
importante nos
projetos de
engenharia”
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, dandose 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.
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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.
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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
Espessuras mais usuais
(mm):
(mm):
40
10 e 13
Grosseira
60
10 e13
80
10 e 13
100
10 e13
20
8 e 10
Média
30
8 e10
40
8 e 10
10
6, 8 e 10
Fina
15
6, 8 e 10
20
6, 8 e 10
Tabela 2. Eficiência do sistema de gradeamento (E):
t
a = 20 mm
6 mm
75 %
8 mm
73 %
10 mm
67,7 %
13 mm
60 %
a: espaço entre as barras;
a = 25 mm
80 %
76,8 %
72,8 %
66,7 %
a = 30 mm
83,4 %
80,3 %
77 %
71,5 %
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.
Au = área livre = Au = Q/V;
E = Eficiência (Tabela 2);
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
V = Velocidade através das grades (usual = 0,6 m/s);
v = Velocidade a montante da grade = V . E;
g = 9,8 m/s 2 ;
Hf = perda de carga nas barras.
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.
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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.
45 º a 60º
t
a
Limpeza manual com rastelo
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.
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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
Sólidos retidos
Efluente
Peneira estática
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-
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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
A = área da tela;
Q = vazão (m3 /h);
I = Taxa de Aplicação (m3 / m2 . dia)
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 práticos
1,0 mm
8,5 cm/s
10 cm/s
0,5 mm
4,3 cm/s
5 cm/s
0,3 mm
2,6 cm/s
3 cm/s
0,2 mm
1,7 cm/s
2 cm/s
0,1 mm
0,9 cm/s
1 cm/s
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a- Caixa de Areia e Desarenadores:
Planta Baixa
Corte
Gradeamento, Caixa de Areia e
-
Calha
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
b = Largura da caixa de areia;
hmax = Hmax + Z;
V = Velocidade adotada nos canais.
Z = ( Qmax . Hmin – Qmin . Hmax ) / ( Qmax - Qmin );
Qmax = Vazão máxima;
Qmin = Vazão mínima;
Hmáx = altura máxima;
Hmín = altura mínima.
onde
H = ( Q / k)1 / n;
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Tabela 5. Valores de n e k:
W
3”
6”
9”
1’
2’
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N
1,547
1,580
1,53
1,522
1,550
Tabela 6: Valores de vazão (l/s), nos medidores Parshall:
H (cm)
Garganta W
3”
6”
9”
3
0,8
1,4
2,5
4
1,2
2,3
4,0
5
1,5
3,2
5,5
6
2,3
4,5
7,3
7
2,9
5,7
9,1
8
3,5
7,1
11,1
9
4,3
8,5
13,5
10
5,0
10,3
15,8
11
5,8
11,6
18,1
12
6,7
13,4
21,0
13
7,5
15,2
23,8
14
8,5
17,3
26,6
15
9,4
19,1
29,2
16
10,8
21,1
32,4
17
11,4
23,2
35,6
18
12,4
25,2
38,8
19
13,5
27,7
42,3
20
14,6
30
45,7
25
20,6
42,5
64,2
30
27,4
57,0
85,0
35
34,4
72,2
106,8
40
42,5
89,5
131,0
45
51,0
107,0
157,0
50
185,0
55
214,0
60
243,0
65
70
-
K
0,176
0,381
0,535
0,690
1,426
1’
3,1
4,6
7,0
9,9
12,5
14,5
17,7
20,9
23,8
27,4
31
34,8
38,4
42,5
46,8
51
55,2
59,8
83,8
111,0
139,0
170,0
203,0
240,0
277,0
314,0
356,0
402,0
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Comprimento da caixa de areia (m):
Tabela 7: Valores de taxa de escoamento superficial (m3 /m2 .dia):
Diâmetro médio
% Remoção
(mm)
100 %
90 %
0,16
288
390
0,20
400
670
0,25
650
1100
85 %
500
870
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;
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.
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.
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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)
Qmáx Hmáx Hmáx
b
Smáx
L
0,15 < v < 0,45
Qméd Hméd Hméd
b
Sméd
L
0,15 < v < 0,45
Qmín
Hmín Hmín
b
Smín
L
0,15 < v < 0,45
Tabela 9: Dimensões do vertedor Parshall:
W
A
B
C
D
E
Pol Cm Cm Cm Cm Cm Cm
3
7,6 46,6 45,7 17,8 25,9 61,0
6
15,2 62,1 61,0 39,4 32,1 61,0
9
22,9 88,0 86,4 38,0 57,5 76,3
12 30,5 137,2 134,4 61,0 84,5 91,5
18 45,7 144,9 142,0 76,2 102,6 91,5
24 61,0 152,5 149,6 91,5 120,7 91,5
F
Cm
15,2
30,5
30,5
61,0
61,0
61,0
G
Cm
30,5
61
45,7
91,5
91,5
91,5
K
Cm
2,5
7,6
7,6
7,6
7,6
7,6
Taxa (m3 /m2 .dia)
600 < TES < 1200
600 < TES < 1200
600 < TES < 1200
N
L/S
Cm Qmín Qmáx
5,7 0,85 53,8
11,4 1,42 110,4
11,4 2,55 251,9
22,9 3,11 455,6
22,9 4,25 696,2
22,9 11,89 936,7
A
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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.
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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.
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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);
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.
- Volume de gordura acumulada por tempo;
Vg(l/s) = Qm (l/s) . y (mg/l) / C (mg/l);
Vg = volume de gordura acumulada em
função do tempo;
Q = vazão média de esgoto afluente;
Y = densidade do óleo ou graxa;
C = concentração do óleo no afluente.
- Tempo necessário entre cada limpeza:
T(s) = Vg (l/s) / V(l);
T = tempo entre as limpezas;
Vg = volume de gordura acumulado por
tempo;
V = volume de reservação.
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- 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 retangular
Caixa de Gordura Circular
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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.
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As taxas de escoamento superficial (TES) são determinadas em função do tempo.
TES = H / t
TES = Taxa de escoamento superficial (m3 / m2 .dia).
H = altura do decantador;
T = tempo da análise.
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 situarse entre 3 e 5.
A descarga de fundo deve apresentar a seguinte área: S = A . H1/2 / 4850 T.
Onde,
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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
afluente
motor
efluente
Decantadores com limpeza mecanizada
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Decantador convencional com escoamento vertical
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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.
1
2
3
4
Fr
F2
F2
F1
F1
Partícula sedimentando Agregação ar partícula
Floco menos denso
Velocidade
ascensional
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;
Saída do
material
flotado
Compressor
de ar
efluente
Câmara de flotação
bomba
afluente
Sem Pressurização do Afluente
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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;
Saída do
material
flotado
Câmara de
Saturação
efluente
Câmara de flotação
bomba
afluente
Pressurização Parcial do Afluente
Câmrara de
Saturação
efluente
Câmara de Flotação
afluente
Pressurização
Câmara
Saturação
Total
do
efluente
afluente
Pressurização da Recirculação
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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:
Válvula de
segurança
ventosa
1) pressão na câmara de saturação;
manômetro
2) relação entre a vazão de ar e a vazão de líquido;
rotâmetro
3) características das águas residuárias (tensão superficial);
4) tipo de bocal difusor.
dreno
Câmara de Saturação
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.
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2a Etapa: Agregação (Ar – Sólido).
A formação de agregado estável, entre uma ou ma is 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 gássólido.
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.
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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 / 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 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 ;
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.
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.
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Tabela 10: Resumo para parâmetros de Projeto de Flotadores:
Taxa de Aplicação Superficial no Tanque de Flotação
Área do Tanque de Flotação com pressurização total
Área do Tanque de Flotação recirculação pressurizada
Para Tanque retangular
Placa defletora da zona de contato
Taxa de Aplicação Superficial na Câmara de Saturação
A/S (com recirculação )
A/S (para SST = 3000 mg/l)
A/S ( para SST = 5000 mg/l)
A/S ( para SST = 100 mg/l)
Pressão na Câmara de Saturação
100 a 150 m3 /m2 .dia
Aflotador = Qafluente / TAS
Aflotador = ( Qaflue. + Q recir. ) / TAS
Comprimento = 2,5 x largura
Angulo = 60º
400 a 600 m3 /m2 .dia
1,3 . Sa . (f . P – 1) . Qrec / S . Qa
0,005 a 0,060 (Metcalf & Eddy)
0,022 a 0,034 (PATRIZZI)
0,09 a 0,1 (PENETRA,1998)
2 a 4 atm ( (NUNES,1996)
Flotador retangular
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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 (N 2 ), o gás carbônico (CO2 ), o metano (CH4 ), o gás sulfídrico (H2 S), o
Oxigênio (O2) e o Hidrogênio (H2 ) conforme tabela abaixo.
Componente
CH4
CO2
N2
H2
O2
H2 S
Fonte: DAE (1969)
Teores limites
54 – 77 %
14 – 34 %
0–9%
0 – 11 %
0–2%
0,004 – 0,9 %
Valor mediano
67 %
30 %
3%
3%
0,4 %
0,01 %
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
Odor incomodo
Odor Ofensivo
Náusea
Enjôo
Irritação Respiratória
Edema Pulmonar
Sistema Nervoso Atacado
Letalidade
Concentração de H2 S (ppm)
0,1 a 3
3 a 10
10 a 50
50 a 100
100 a 300
300 a 500
500 a 1000
1000 a 2000
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Grande parte do enxofre encontrado no esgoto transforma-se em H2 S, através de
processos biológicos; porém, a turbulência apresenta grande influência na sua dissolução
do líquido.
O excesso de H2 S nos tratamentos biológicos pode causar: a inibição do processo;
aceleramento da degradação dos equipamentos; corrosão da estrutura e aumento no
consumo de oxigênio.
H2 S + 2 O2 → H2 SO4 (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.
H2 S, CH4 e CO2
Fossa
Séptica
b) Tratamento Químico:
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- 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
H2 S.
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 H2 S. 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 H2 S.
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:
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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
Saída de ar
podem
fechados
ser,
na
abertos
sua
ou
parte
superior.
O gás canalizado passa
Gotejamento de água
por
um
controlador
de
pressão, para impossibilitar
assim, a passagem de faíscas
Canalização
dos gases
ou chamas, para dentro do
Meio Suporte
para bactérias
reator. Esta é uma medida de
segurança contra explosões.
O
Controle
da pressão
gás
suporte,
sobe
pelo
sendo
meio
este,
envolvido por bactérias que
Dreno
consomem o gás sulfídrico
(H2 S).
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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 H2 S 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.
Câmara
Úmida
Material
Suporte
Distribuição
do gás
- Controle do odor com carvão ativado:
Um bom material a ser
Ar limpo
utilizado, que resiste à corrosão, é
a fibra de vidro.
Como recheio interno pode-
Carvão
Ativado
se usar o carvão ativado. A camada
de carvão ativado deve variar de
Ar com odor
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.
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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
Metano
Anidrido Carbônico
Nitrogênio
Hidrogênio
Oxigênio
Monóxido de Carbono
Hidrocarbonetos
Densidade
Poder calorífico
Fonte: DAE (1969)
67,7 %
17,8 %
13,3 %
2,0 %
1,2 %
0,8
5400 cal/m3
Companhia Paulista de
Serviços de Gás
13,8%
4,3%
9,8%
42,2%
0,7%
23,4%
5,8%
0,6
4750 cal/m3
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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.
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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?
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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?
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Referências Bibliográficas.
01. NB-570/ABNT (1990). Projeto de estações de tratamento de esgoto sanitário.
Associação Brasileira de Normas Técnicas.
02. CAMPOS, J.R. (1990). Alternativas para Tratamento de Esgotos Sanitários.
Consórcio Intermunicipal das bacias dos rios Piracicaba e Capivari. 03
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