DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL E ARQUITECTURA
MESTRADO INTEGRADO EM ENGENHARIA DO AMBIENTE
PROJECTO DE INSTALAÇÕES DE TRATAMENTO
Aulas práticas
FILIPA FERREIRA
PROJECTO DE INSTALAÇÕES DE TRATAMENTO
1
AULA 1
• Apresentação.
PROJECTO DE INSTALAÇÕES DE TRATAMENTO
2
AULA 2 – TRATAMENTO DE ÁGUAS
• Distribuição de temas para monografia.
• Realização de problemas (1 e 2).
• 1º Exercício Prático: classificação da água bruta e das
necessidades de tratamento.
PROJECTO DE INSTALAÇÕES DE TRATAMENTO
3
APRESENTAÇÃO DO TRABALHO DE TRATAMENTO DE ÁGUA
 1º EX. PRÁTICO: Caracterização da qualidade de uma água na origem
 2º EX. PRÁTICO: Definição do esquema de tratamento
 3º EX. PRÁTICO: Concepção e pré-dimensionamento da ETA
Princípios fundamentais:






Qualidade (adequada!)
Quantidade (suficiente)
Cobertura (nível de serviço)
Continuidade (sem falhas, 24h/dia)
Custo (adequado)
Controlo operacional (assegurar
funcionamento correcto )
PROJECTO DE INSTALAÇÕES DE TRATAMENTO
4
CONCEITOS GERAIS: DUREZA E ALCALINIDADE DA ÁGUA
Agressividade das Águas
 Pode ser relacionada com tendência para a corrosão dos materiais com
que são postas em contacto
A Importância do pH das Águas
 Usualmente, o pH da água não apresenta perigo para a saúde pública
(contacto directo ou ingestão)
 Alguns exemplos de valores pH: estômago até ~1
CocaCola 2,2
sumo de laranja 4
 Influência a corrosão dos materiais metálicos, nomeadamente o Ferro:
PROJECTO DE INSTALAÇÕES DE TRATAMENTO
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CONCEITOS GERAIS: DUREZA E ALCALINIDADE DA ÁGUA
 Oxidação do ferro:
2
Fe(s)  2H  
Fe
 H2

2 Fe(s)  O 2  2 H 2 O
ou

2 Fe(OH)2

o pH baixo favorece a corrosão (as reacções de corrosão envolvem
H+ (ou OH–) )
pH  4,5  corrosão rápida
pH neutro ou levemente alcalino  corrosão lenta
Em indústrias (alimentação de água de caldeiras), são utilizados fosfatos
para protecção anticorrosão.
(o teor em ferro numa água potável deve ser < 0.3 mg/l para evitar sabor e
problemas estéticos)
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CONCEITOS GERAIS: DUREZA E ALCALINIDADE DA ÁGUA
Dureza da Água (hardness)
 Resulta da presença de catiões divalentes na água sendo os mais
importantes o Ca2+ e o Mg+.
 Incidência em doenças cardiovasculares (Ca2+ e Mg+) e efeitos laxativos
([Mg+])
 Inclui a Dureza total (soma das concentrações de cálcio e magnésio).
 Pode ser expressa em:
mg de CaCO3/L
Graus franceses (ºF)
1°F= 10mg CaCO3/L
 Classificação de águas atendendo à dureza:
Águas macias para dureza total<100 mg de CaCO3/L
Águas duras para dureza total >120 mg de CaCO3/L.
PROJECTO DE INSTALAÇÕES DE TRATAMENTO
7
CONCEITOS GERAIS: DUREZA E ALCALINIDADE DA ÁGUA
 DUREZA ELEVADA:
 formação de produtos insolúveis com o sabão (problemas lavagem
industrial)
 precipitação cálcio (na maior parte CaCO3): a formação de uma película
de recobrimento no interior da tubagem evita a corrosão e consegue-se
controlando dureza e pH
Alcalinidade da Água (alkalinity)
 Medida total das substâncias presentes numa água capazes de neutralizar
ácidos.
 Devida sobretudo ao carbonato e bicabornato, e secundariamente aos
iões hidróxido, silicato, borato, fosfatos e amónia.
 Inclui a Dureza total
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8
CONCEITOS GERAIS: DUREZA E ALCALINIDADE DA ÁGUA
EQUILÍBRIO CALCO-CARBÓNICO
 Pode ser descrito pelo conjunto das reacções seguintes:
H2O = H+ + OHhidrogenocarbonato
ou bicarbonato
CO2 + H2O = H2CO3
H2CO3 = H+ + HCO3-
HCO3- = H+ + CO32CO32- + Ca2+ = CaCO3
carbonato
carbonato de cálcio
CO32- + Mg2+ = MgCO3
Águas Incrustantes - mostram tendência para depositar carbonato de cálcio.
( rugosidade da tubagem com  capacidade de transporte; facilita desenvolvimento de biofilmes)
Águas Agressivas - mostram tendência para dissolver CaCO3.
(dissolve CaCO3 que existe nas tubagens de betão)
Será interessante conseguir uma situação de “equilíbrio”!
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9
CONCEITOS GERAIS: DUREZA E ALCALINIDADE DA ÁGUA
 Método de Hallopeau e Dubin
Diagrama tridimensional que permite
aferir a agressividade da água em
função do:
pH
Ca2+ (dureza)
concentração de carbonato
(alcalinidade).
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CONCEITOS GERAIS: DUREZA E ALCALINIDADE DA ÁGUA
Índices de Saturação de CaCO3
 Índice de Langelier:
IL = pH – pHS
(idealmente -0,5<IL<0,5)
(diferença entre o pH da água e o pH correspondente à saturação de CaCO 3 dessa
água)
águas incrustantes  SI>0
águas agressivas  SI<0
 Para cada tipo de água, existe uma concentração de CO2 de “equilíbrio”:
• para concentrações de CO2 inferiores o CaCO3 precipita (águas
incrustantes);
• águas agressivas para concentrações de CO2 superiores
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CONCEITOS GERAIS: DUREZA E ALCALINIDADE DA ÁGUA
 A correcção da agressividade da água pode ser feita através da adição de:
• Ca(OH)2 ou hidróxido de cálcio (“cal apagada”) – obtida, por reacção
com água, da “cal viva” (CaO).
• Permite fazer acerto de pH, estabelecendo um sistema tampão com
pH próximo da neutralidade.
• Como as solubilidades de CaCO3 e de Mg(OH)2 em água são baixas,
também vai permitir o controlo da dureza das água tratadas
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RESOLUÇÃO DE PROBLEMAS
Problema 1
Se a concentração em cálcio e magnésio duma água for, respectivamente,
30 mg/L e 10 mg/L, determine a sua dureza em mg/L CaCO 3 e ºF.
Consider a water with the following concentrations: calcium – 30 mg/l;
magnesium – 10 mg/l. Determine the hardness in mg/l CaCO3 and ºF.
PROJECTO DE INSTALAÇÕES DE TRATAMENTO
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RESOLUÇÃO DE PROBLEMAS
Conceito de miliequivalente (meq)
 Miliequivalente por litro (meq/L) é calculado dividindo o peso molecular
do constituinte em mg/L pela sua valência.
1 eq = Pmolecular (g) / valência
 Transformar os teores dos constituintes de uma água de ppm (mg/L)
para meq/L tem as seguintes vantagens :
• Permite conferir a exatidão da análise, através do balanço iónico
(o peso total de catiões deve igualar o total de aniões, ambos em meq/L).
• Permite saber que sais formam os iões detectados na análise
O nº de equivalentes/mole de uma base é igual ao nº de moles de H+ que
pode reagir com uma mole da base
Ex: CaCO3 decompõem-se em CO32-+Ca2+ logo pode reagir com 2 moles de H+
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RESOLUÇÃO DE PROBLEMAS
Problema 2
No processo de redução de dureza duma água e de correcção do equilíbrio
calco-carbónico por precipitação, é usada cal viva sendo a reacção traduzida
na seguinte equação química:
When using lime to reduce the hardness of water the following reaction
occurs:
CaO + Ca(HCO3)2 = 2 CaCO3 (prec.) + H2O
Determine a dosagem de cal, com um grau de pureza de 90% em CaO,
necessária para reduzir a dureza de 20 ºF para 5 ºF, admitindo que a
concentração em magnésio é desprezável.
Determine de lime dosage necessary to reduce the hardness from 20ºF to
5ºF, admitting a purity level of 90% and that the magnesium concentration is
neglectable.
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15
DIVERSOS
Notas diversas:
 Turbidez: 1 NTU = 0,13 mg/l SiO2
 No enunciado do Trabalho 1, admitir que a dureza e a alcalinidade são
expressas em mg HCO-3/L
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AULA 3
• Realização do problema 3.
• Conclusão do 1º Ex. Prático: equilíbrio calco-carbónico.
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RESOLUÇÃO DE PROBLEMAS
Problema 3
Pretende-se adicionar cal a uma água agressiva para correcção do
equilíbrio calco-carbónico, o que deverá aumentar a sua alcalinidade de 60
mg/L para 100 mg/L, expressa em HCO-3.
Calcule para uma produção de 100 m3/h de água:
a) a quantidade de cal a adicionar na forma de cal viva, admitindo-se
75% de grau de pureza no produto comercial;
b) a quantidade de cal a adicionar na forma de cal apagada com 90%
de grau de pureza e o caudal de suspensão de cal a 2% a dosear;
c) a quantidade de carbonato de cálcio e o caudal de solução a 4% a
dosear.
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EQUILÍBRIO CALCO-CARBÓNICO
 Método de Hallopeau e Dubin
• Obter a alcalinidade da água expressa em mg CaCO3/L
noTrabalho 1, a dureza e a alcalinidade são expressas em mg HCO-3/L
• Traçar o ponto S = (Alcsat amostra, pH sat amostra) no gráfico.
• Traçar uma paralela à recta de saturação passando pelo ponto S
(corresponde à recta de saturação da amostra)
• Traçar o ponto  = (Alcamostra, pHamostra) no gráfico.
• Deslocar a curva de neutralização utilizada para o ponto ,
mantendo o eixo dos xx.
• Para o ponto de intercepção entre a curva de neutralização e a recta
de saturação da amostra, ler em abcissa a alcalinidade de saturação
(Alc G)
• A quantidade de CaCO3 (ou CaO) a adicionar para obter o equilíbrio
calco-carbónico é dada por:
Alcamostra - Alc G
PROJECTO DE INSTALAÇÕES DE TRATAMENTO
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EQUILÍBRIO CALCO-CARBÓNICO
S
ÁGUA INCRUSTANTE

ÁGUA AGRESSIVA
PROJECTO DE INSTALAÇÕES DE
TRATAMENTO
Alc
G
EM EQUILÍBRIO
20
AULA 4
• 2º Ex. Prático: Definição de operações e processos
unitários. Diagrama linear.
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CONCEITOS GERAIS: OUTROS PARÂMETROS
Outros parâmetros
 Nitratos:
• deve-se sobretudo às escorrências superficiais
• valor limite de 45 mg/L  meta-hemoglobina infantil (bebés azuis)
(VMA=3 mg/L, segundo OMS )
• praticamente não removidos em sistemas convencionais
 Azoto amoniacal:
• indicador de m.o. em decomposição
• removido biologicamente dando origem a nitritos e nitratos
(muitas vezes recorre-se ao CAG, que serve de suporte ao desenvolvimento
biológico, sobretudo quando precedido de ozonização)
• também pode ser oxidado pelo cloro (efic.  100%)
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CONCEITOS GERAIS: OUTROS PARÂMETROS
 Fluoretos:
• prevenção contra a cárie numa dose correcta, pois 250 - 400 mg é
tóxico e 4 - 5 gr fatal
 Manganésio (ou manganês):
• Conc. de 0,2 a 0,4 mg/L  gosto desagradável e desenvolvimento de
organismos em sistemas de distribuição
• Removido por oxidação química (passa a Mn+4, precipitando)
(nec. tresidência  2h, a mont. filtração)
 Ferro:
• Facilmente oxidado a Fe+3 e precipitado (tx. oxidação varia c pH água).
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CONCEITOS GERAIS: OUTROS PARÂMETROS
 Turvação (turbidity):
• Propriedade óptica de amostras que provoca a dispersão e adsorção
da luz não permitindo a sua transmissão.
• Permite avaliar o teor de partículas em suspensão na água
• Pode  a eficiência da desinfecção
(turvação deve ser < 1 NTU!)
• Removida na clarificação
(se turvação < 15 a 20 mg/L  filtração directa, dispensando decantação)
 Cor:
• Indicador da presença de compostos orgânicos.
• Devido a subst. orgânicas, plâncton, escorrências de solo, metais
pesados, efluentes industriais…
• Indesejável esteticamente
• Não apresenta risco para saúde pública
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CONCEITOS GERAIS: OUTROS PARÂMETROS
 Compostos
• orgânicos:
- ácidos húmicos e fúlvicos;
- reflectem a humificação de terrenos, que tem origem nos
processos de degradação de animais/plantas.
• sintéticos: pesticidas, contaminantes industriais, trihalometanos…
 SST:
• Maior potencial de formação de organoclorados  percursores estão
associados a material particulado (de que são indicadores a turbidez
e os SST)
• Removida na clarificação (efic.  100%)
(a filtração, por si só, só assegura 10 a 95% remoção)
PROJECTO DE INSTALAÇÕES DE TRATAMENTO
26
CONCEITOS GERAIS: OUTROS PARÂMETROS
 Indicadores de m.o.
• COT:
avaliar o teor de m.o. presente na água;
bom indicador de poluição
(a absorvância (UV), q pode ser continuamente monitorizada, é uma
alternativa da COT, sendo a correlação entre os 2 parametros >90%)
• CBO5: traduz o teor em m.o. facilmente biodegradável
• CQO: traduz o teor em m.o. e inorgânica passível de ser oxidada por
um oxidante forte (permanganato de potássio)
 Cheiro e sabor:
• Devido a compostos naturais ou sintéticos
• Removido eficazmente por adsorção em CAG ou CAP
(proc. que incluem pré-oxidação e adsorção em CA asseguram efic. 100%)
PROJECTO DE INSTALAÇÕES DE TRATAMENTO
27
CONCEITOS GERAIS: OUTROS PARÂMETROS
 Oxidabilidade:
• Traduz o teor de compostos orgânicos e inorgânicos passíveis de
oxidação
• Efic. de remoção de 80 a 95%
• Indicativo da nec. de pré-oxidação
(para valores > 7mg/L, usar ozono para evitar a formação de trihalometanos)
 Caracterização biológica:
• Bactérias, vírus, protozoários, algas
• Coliformes totais - Inclui todas as bactérias aeróbicas, facultativas,
que não formam esporos...
• Coliformes fecais - são um sub-grupo dos coliformes totais e
evidenciam mais fortemente a presença de
contaminação fecal; inclui Escherichia coli
PROJECTO DE INSTALAÇÕES DE TRATAMENTO
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CONCEITOS GERAIS: OUTROS PARÂMETROS
 Enxofre:
• efeito laxativo para concentrações superiores a 100 mg/L
• o valor limite imposto pelas normas é devido ao sabor provocado
• sulfatos são corrosivos para estruturas betão e tubagens
(muito lenta em conc.<350 mg/L mas rápida para conc.>1 000 mg/L)
• remoção não assegurada por sistemas convencionais  recorrer a
permuta iónica ou osmose inversa
Quando se usa sulfato de alumínio como agente coagulante, a
água tratada sofre um acréscimo de sulfatos de 20 a 50 mg/L
 Cloretos:
• remoção não assegurada por sistemas convencionais  recorrer a
osmose inversa ou mecanismos electrolíticos, ou diluir com água com
reduzido teor em cloretos
PROJECTO DE INSTALAÇÕES DE TRATAMENTO
29
CONCEITOS GERAIS: OUTROS PARÂMETROS
 Toxinas:
• Removidas por adsorção em CA (remoção  80%)
(a pré-ozonização com tempo de contacto superior a 5 min pode ser suficiente
para destruir as toxinas para valores não detectáveis)
 Hidrocarbonetos:
• Removidos por adsorção em CA (remoção até 90%)
PROJECTO DE INSTALAÇÕES DE TRATAMENTO
30
OPERAÇÕES (OU) E PROCESSOS UNITÁRIOS (PU) - SÍNTESE
OU e PU utilizados em sistemas de tratamento de água
(Qasim et al., 2000)
CLARIFICAÇÃO
PROJECTO DE INSTALAÇÕES DE TRATAMENTO
31
OPERAÇÕES (OU) E PROCESSOS UNITÁRIOS (PU) - SÍNTESE
PROJECTO DE INSTALAÇÕES DE TRATAMENTO
32
OPERAÇÕES (OU) E PROCESSOS UNITÁRIOS (PU) - SÍNTESE
OU e PU adequados à remoção de contaminantes
(Qasim et al., 2000)
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OPERAÇÕES (OU) E PROCESSOS UNITÁRIOS (PU) - SÍNTESE
SST
Microrgânismos
clarificação (G+H+I+J)
m.o. dissolvida
(F+G+H+I+J)
Compostos orgânicos
N
Estabelecer residual
oxidante
P (cloragem)
Ajustar equilíbrio
Calco-carbónico
K
Última operação quando a água jánão apresenta m.o.; o residual de cloro deve ser 0,2 mg/L
durante 4 h
PROJECTO DE INSTALAÇÕES DE TRATAMENTO
34
EXEMPLO DE PROCESSO DE TRATAMENTO
PROJECTO DE INSTALAÇÕES DE TRATAMENTO
35
EXEMPLO DE DIAGRAMA LINEAR
PROJECTO DE INSTALAÇÕES DE TRATAMENTO
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AULA 5
• Critérios de dimensionamento: pré-oxidação, correcção
do equilíbrio calco-cabónico, câmaras de mistura rápida.
• Armazenamento de reagentes.
• 3º Ex. Prático.
PROJECTO DE INSTALAÇÕES DE TRATAMENTO
37
CRITÉRIOS DE DIMENSIONAMENTO
Aspectos gerais
 Dados de base:
• HP  20 anos (idealmente 15 anos)
• Qdim=Qméd.diário
(nesse caso, é necessário reservatórios)
ou Qpta (Qmmc ou Qdmc)
• Nos primeiros anos, funciona a caudal fixo ou tempo fixo
Se ETA incluir clarificação e
desinfecção deve optar-se
por caudal fixo
• Construção faseada!
PROJECTO DE INSTALAÇÕES DE TRATAMENTO
38
CRITÉRIOS DE DIMENSIONAMENTO
 Incluir:
• Gradagem
• Medição de caudal
• By-pass
- a cada órgão
- à coagulação/floculação
- aos decantadores (filtração directa)
- aos filtros
• Nº de linhas de tratamento 1, mesmo no Ano 0, para proceder a
operações de limpeza e manutenção
• Para cada órgão, referir condições de funcionamento ao longo do
horizonte de projecto!
PROJECTO DE INSTALAÇÕES DE TRATAMENTO
39
CRITÉRIOS DE DIMENSIONAMENTO
Pré-oxidação (ozonização)
•  a biodegradação dos compostos orgânicos
• não conduz nec. à oxidação total da m.o.
Há diversos tipos de câmaras de contacto. Ex.:
PROJECTO DE INSTALAÇÕES DE TRATAMENTO
40
CRITÉRIOS DE DIMENSIONAMENTO
 Taxa de ozono (doses típicas)
1 a 3 mg/L ou, se função do TOC:
 Tempo de contacto (Retention time):
TOC
(mg/l)
O3
(g/m3)
<5
1,5
5-10
3
TRH=V/Qdim
3 minutos é suficiente
10 a 15 min se existir muita m.o.
PROJECTO DE INSTALAÇÕES DE TRATAMENTO
41
CRITÉRIOS DE DIMENSIONAMENTO
 Dimensionamento da cisterna
L=comprimento; W=largura; D=profundidade
L:W  2:1
D  3 a 4m
 Armazenamento de reagentes
assegurar reserva para 15 dias
Oxygen storage: 1kg O3 is produced with 2,5 kg O2
O2 density – 1,14 kg/l
Tanks available – 100, 120, 140, 160, 200, 250 l (1 m diameter)
PROJECTO DE INSTALAÇÕES DE TRATAMENTO
42
CRITÉRIOS DE DIMENSIONAMENTO
Correcção do equilíbrio calco-carbónico
 Adição de reagentes:
Reagent: hydrated lime (cal apagada) – Ca(OH)2
amount to add  Hallopeau et Dubin graphic
90% purity
dose = C
mas…
 Correction of hydrated lime dosage due to sulfate aluminium
1g Al2(SO4)3 eliminates 0,2 g of alcalinity in CaCO3
75% of hydrated lime is added in the rapid mixing chamber
25% is saved for later, after pH measuring
É necessário definir a carga efectiva de Ca(OH)2 a adicionar à água a tratar, atendendo
ao consumo de alcalinidade pelo sulfato de Al (M) adicionado na mistura rápida
PROJECTO DE INSTALAÇÕES DE TRATAMENTO
Dose efectiva = D = C + M/0.75 43
CRITÉRIOS DE DIMENSIONAMENTO
 Caudal de suspensão a dosear:
Add as a solution with 2% concentration in weight
2 kg/100 L
Define the flow of the solution to be added
 Hydrated lime solution preparation
Two deposits
Manter adição constante no tempo
Each deposit with a supply capacity of 24 h
Cubic shape
 Pumps: 1+1
 Armazenamento de reagentes
Bags with 25 kg capacity
PROJECTO DE INSTALAÇÕES DE TRATAMENTO
44
CRITÉRIOS DE DIMENSIONAMENTO
 Admitindo que se adiciona cal hidratada numa câmara de mistura
rápida a montante da destinada à adição de sulfato de alumínio:
• Fixar o nº de câmaras ( 2)
• TRH = 5 a 10 min  calc. V e definir dimensões das cubas (cúbicas),
com bordo livre de 0,5 m
• G entre 600 e 1000 s-1  calc. Potência instalada:
G
P
m V
P=V.m.G2
G - velocity gradient (s-1)
P – Power input (W)
m – dinamic viscosity ( N.s/m2)
V – volume (m3)
m = 1,57E-3 Ns/m2
varia com a
temp. da água
• Definir condições de funcionamento
(ano 0 e ano 20, com nº de unidades em funcionamento variável)
PROJECTO DE INSTALAÇÕES DE TRATAMENTO
45
CRITÉRIOS DE DIMENSIONAMENTO
Mistura rápida/coagulação
 Contact chamber for aluminium sulfate addition
Retention time: 1 min (TRH = 10 a 60 s)
 Processo de cálculo:
• Fixar o nº de câmaras ( 2)
• TRH  calc. V e definir dimensões das cubas (cúbicas), com bordo
livre de 0,5 m
• G entre 600 e 1000 s-1  calc. Potência instalada:
P=V.m.G2
• Definir condições de funcionamento
• Ver exemplo livro AWWA:
PROJECTO DE INSTALAÇÕES DE TRATAMENTO
3 câmaras de dim. iguais
(TRH total =41s (1s+30s+30s))
46
CRITÉRIOS DE DIMENSIONAMENTO
idealmente o pH da água deve ser de 5,5 a 7,5!
 Agente coagulante: sulfato de alumínio Al2(SO4)3
Define dose – jar tests!
usually 15 to 40 mg/L
2 to 8 mg/L (Casey, 1997)
Determine consumption
Add as a solution with 8% concentration in weight
Define the flow of the solution to be added
 Aluminium sulfate solution preparation
Two deposits
Each deposit with a supply capacity of 24 h
Cubic shape
 Pumps: 1+1
PROJECTO DE INSTALAÇÕES DE TRATAMENTO
47
CRITÉRIOS DE DIMENSIONAMENTO
 Storage of reagents
15 days reserve
Bags with 50 kg – LxWxH = 0,8x0,5x0,2
Bags with 25 kg – LxHxH =0,5x0,4x0,2
Pile no more than 5 bags
 Definir kg de reagente a armazenar, nº de sacos, nº de pilhas e área
ocupada (a localizar no edifício de reagentes)
PROJECTO DE INSTALAÇÕES DE TRATAMENTO
48
AULA 6
• Critérios de dimensionamento: floculação, sedimentação
e filtração.
• 3º Ex. Prático (cont.).
PROJECTO DE INSTALAÇÕES DE TRATAMENTO
49
CRITÉRIOS DE DIMENSIONAMENTO
Floculação
 Flocculation compartments
Retention time: TRH total = 10 to 40 min (usually 20 min, at 20ºC)
Para turvação <
15 a 20 mg/L
Direct filtration  TRH = 15 to 20 min
Conventional floculation  TRH = 18 to 25 min (or >!)
 Processo de cálculo:
• Fixar o nº de compartimentos em série ( 3)
Evitar curtos-circuitos hidráulicos e definir
zonas distintas com  inputs de energia
• TRH  calc. V e definir dimensões das cubas (cúbicas), com bordo
livre de 0,5 m
• G  calc. Potência instalada:
P=V.m.G2
Direct filtration  G = 20 to 75 s-1
Conventional floculation  G = 10 to 60 s-1
PROJECTO DE INSTALAÇÕES DE TRATAMENTO
50
CRITÉRIOS DE DIMENSIONAMENTO
• O valor de G deve ser progressivamente decrescente ao longo dos
diversos compartimentos em série, para evitar a destruição dos flocos)
• Definir condições de funcionamento
• Ver exemplo livro AWWA:
4 compartimentos por linha de tratamento
Notas:
É comum adicionar polimeros aniónicos ou catiónicos como adjuvante da
floculação em concentrações inferiores a 1 mg/L.
PROJECTO DE INSTALAÇÕES DE TRATAMENTO
51
CRITÉRIOS DE DIMENSIONAMENTO
Sedimentação
 Sedimentation tank design criteria
Retention time: TRH = 1,5 to 2 h
Hydraulic surface load (carga hidráulica): 1 to 2 m3/(m2.h)
Ch=Qdim/Área
Minimum side slope: 60º
Height of the upper part: hup = 1 to 1,5 m
Pipe that feeds the tank: vmax=1 m/s
a1
V prismático =
hup
h/3.(a22+a12+(a22.a12)0.5)
planta quadrada
PROJECTO DE INSTALAÇÕES DE TRATAMENTO
h
a2
Set a2 to 1 m
52
CRITÉRIOS DE DIMENSIONAMENTO
 Processo de cálculo:
• Fixar o nº de decantadores ( 3; idealmente  4)
• calc. Qdim por unidade
• Para cada unidade:
− TRH  calc. V
− Ch  definir a1
− hup  calc. Vup  Vprismático = V – Vup
− a2 (usualmente = 1m)  definir h
• Definir diâmetro do tubo que provem de montante, dado Qdim e vmáx
PROJECTO DE INSTALAÇÕES DE TRATAMENTO
53
CRITÉRIOS DE DIMENSIONAMENTO
Filtração
(sequência entre saturação e
regeneração do leito filtrante)
 Eficiência deve-se a fenómenos de adsorção, floculação e sedimentação
 O nível de água sobre o filtro é mantido constante
 Órgão regulador: cria uma perda de carga importante quando o filtro
está lavado, que decresce com a colmatação do leito
sistema de medida do nível de água no filtro
sistema de comando e regulação
válvula de borboleta (actuando à saída da água filtrada)
 Entrada de um filtro em lavagem: quando o nível de água no filtro
começar a subir, estando a válvula de borboleta na sua abertura máxima
PROJECTO DE INSTALAÇÕES DE TRATAMENTO
54
CRITÉRIOS DE DIMENSIONAMENTO
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
Laje de betão com orifícios que drenam o fundo do meio filtrante
Reservatório de água para reutilização
Reservatório de água para lavagem dos filtros
Meio filtrante
Camada de suporte
PROJECTO
DE INSTALAÇÕES
TRATAMENTO
Caleira para
recolha
de água deDE
lavagem
55
CRITÉRIOS DE DIMENSIONAMENTO
 Filtration beds design:
• Hydraulic load (txfilt):
5-10 m3/(m2.h) for rapid filtration
1-2 m3/(m2.h) for slow filtration
• Water depth – 1,0 m
• Length:width – 2:1
• Even number of filters (N  4)
Então:
• Fixar taxa de filtração
• Determinar nº de filtros e fixar nº filtros em lavagem (n = 1)
• Fixar dimensões de cada filtro (Cu e Lu)
• Admitir bordo livre = 0,3 a 0,5 m
• Fixar altura de água sobre o filtro =1,4 a 1,8 m
PROJECTO DE INSTALAÇÕES DE TRATAMENTO
Atotal = Q/txfilt
Au = Atotal /(N-n)
56
CRITÉRIOS DE DIMENSIONAMENTO
 Filtration media design:
• Sand height = h = 0,6 to 0,8 m
• efectivo = 0,4 a 0,6 mm
• Coeficiente uniformidade < 1,6
Então:
• Calcular quantidade areia necessária:
Areiatotal = N.h.Au
• Fixar a expansão admitida no leito filtrante = 25 a 40%
• Calcular hexpansão
(= altura de água sobre o filtro.expansão)
A ter em conta para a colocação da caleira de recolha de água de lavagem
PROJECTO DE INSTALAÇÕES DE TRATAMENTO
57
CRITÉRIOS DE DIMENSIONAMENTO
 Camada de suporte:
• Seixos de granito
• Altura da camada de suporte = h’ = 0,25 m
• efectivo = 4 a 8 mm
Então:
• Calcular quantidade de seixos necessária: Seixostotal = N.h’.Au
PROJECTO DE INSTALAÇÕES DE TRATAMENTO
58
CRITÉRIOS DE DIMENSIONAMENTO
 Fundo falso:
• Altura do fundo = hf = máx(0,5; 0,25+tubagem para lavagem dos filtros)
• Incluir bocais (que servem de drenos)
Espaçamento = 0,20 m
Quantidade = 25 bocais/m2
DH bocal  0,75 m
 Perda de carga no filtro:
• Maximum head loss  2,5 m
DH filtro=hágua sobre o filtro +½ hmeio filtrante + DHbocal
• Considerar DH = 0,10 m no descarregador a mont. dos filtros, que
divide o caudal para cada filtro
• Outras singularidades:
DH = K.V2/2g
K=
PROJECTO DE INSTALAÇÕES DE TRATAMENTO
1 na entrada de reservatórios
0,5 na saída de res. para tubagens
59
CRITÉRIOS DE DIMENSIONAMENTO
 Lavagem dos filtros:
• Efectuada em contracorrente e a caudal constante
 1º com ar comprimido para promover a agitação entre as partículas
 2º com água bombada
• Água de lavagem - recolhida em calhas especialmente concebidas
para o efeito e localizadas atendendo à expansão do meio filtrante
durante a lavagem, com uma folga de 0.15 m.
Design:
• Water wash rate (txlav água): 20 m3/(m2.h)
• Air wash rate (txlav ar):
PROJECTO DE INSTALAÇÕES DE TRATAMENTO
60 m3/(m2.h )
60
CRITÉRIOS DE DIMENSIONAMENTO
• Total wash duration = 10 to 20 min (1 wash/day, each filter individualy)
Water wash duration = 6 to 7 min
Air wash duration = 2 to 3 min
• Water pression = 10 mca
• Air pressure = 4 mca (2,5 to 7 mca)
Então:
• Fixar taxa de lavagem com água
Qu= txlav água . Au
• Fixar tempo de lavagem com água
• Calcular  tubagem para a lavagem filtros
(Q=V.A admitir 0,7<v<1.5 m/s)
PROJECTO DE INSTALAÇÕES DE TRATAMENTO
61
CRITÉRIOS DE DIMENSIONAMENTO
• Fixar taxa de lavagem com ar
• Fixar tempo de lavagem com ar
• Determinar a potência da bomba de água
P=.Q.DH / 
P – potência(W)
 - 9800 N/m3
Q (m3/s)
DH (m)
  0.8 (-)
• Calcular Qar = txlav.ar x Au
• Determinar a potência do compressor de ar
Par=Págua x 3,5
PROJECTO DE INSTALAÇÕES DE TRATAMENTO
62
AULA 7
• Continuação da aula anterior.
PROJECTO DE INSTALAÇÕES DE TRATAMENTO
63
AULA 8
• Critérios de dimensionamento: reservatórios, desinfecção,
linha de tratamento de lamas.
• Concepção de ETA (áreas necessárias).
• 2º Ex. Prático (conclusão).
PROJECTO DE INSTALAÇÕES DE TRATAMENTO
64
CRITÉRIOS DE DIMENSIONAMENTO
Reservatórios
 Água tratada para lavagem dos filtros
• Volume necessário para a lavagem durante o tempo definido
VR1=Qun.nec. (m3/min) x tlav (min)
• h  2.5 m  definir C e L
(pode ficar sobre os filtros, tirando partido das suas dimensões)
 Água proveniente da lavagem dos filtros
• para bombar esta água para montante da mistura rápida, lentamente,
para não reduzir a qualidade final da água tratada.
Vtotal = VR1 x 4
• 2 ou mais reservatórios com h  2.5 a 3 m
PROJECTO DE INSTALAÇÕES DE TRATAMENTO
65
CRITÉRIOS DE DIMENSIONAMENTO
 Água tratada
• Para fazer face às características da rede de distribuição a jusante
(nomeadamente no que se refere aos factores de ponta)
• Usual ter reserva para 8 ou 10 horas
PROJECTO DE INSTALAÇÕES DE TRATAMENTO
66
CRITÉRIOS DE DIMENSIONAMENTO
Desinfecção
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
Cisterna para desinfecção final
Bombas doseadoras (clorómetros)  n  2
Armazenamento de reagentes
Cubas de preparação da solução
PROJECTO
DE INSTALAÇÕES
DE com
TRATAMENTO
Edifício de
desinfecção,
equipado
exaustor e material de 1ºs socorros
67
CRITÉRIOS DE DIMENSIONAMENTO
 Disinfection design criteria:
• Chlorine dosage: 1 to 5 g/m3
(valor inferior se existir pré-oxidação com ozono, usualmente 1 a 2 g/m3)
• Contact chamber:
Retention time: 20 to 30 min
Cubic shape
 Reagente desinfectante: hipoclorito de sódio (lixívia = bleach)
NaClO
Add as a solution with 8% concentration in volume
Commercial concentration = 120 g Cl /L
Define the flow of the solution to be added
 Storage of reagents
1 month reserve
PROJECTO DE INSTALAÇÕES DE TRATAMENTO
68
CRITÉRIOS DE DIMENSIONAMENTO
 Solution preparation
Two deposits
Each deposit with a supply capacity of 24 h
Cubic shape
 Pumps: 1+1
Então:
• Dado Qdim, fixar TRH
• Calcular volume da cisterna e definir as suas dimensões
• Fixar a dose de cloro e calcular a quantidade de cloro necessária
QuantCl = dose x Qdim
• Calcular a quantidade de solução comercial a adicionar (L/h)
• Determinar a quantidade de solução a 8% a dosear
PROJECTO DE INSTALAÇÕES DE TRATAMENTO
69
CRITÉRIOS DE DIMENSIONAMENTO
Tratamento de lamas
 Sludge production
• [SST] initial +
• + 0,26 g/g Aluminium sulfate added
• Sludge concentration = 2%
 estimate daily sludge production (m3/d)
 Sludge thickening (espessador gravítico)
Cs = Lprod (kg/h) / Aesp (m2)
• Solids load = 12 to 40 kg SST/h/m2
• Teor de humidade das lamas espessadas = 5 a 9%
• Índice de captura = 95%
• Planta circular; h  2,5 m
PROJECTO DE INSTALAÇÕES DE TRATAMENTO
70
CRITÉRIOS DE DIMENSIONAMENTO
Então:
• Calcular Aesp e definir geometria
• Calcular TRH
(deve ser <18 a 24h para não haver decomposição anaeróbica das lamas)
• Calcular quantidade de lamas espessadas
Lesp = Lprod x Icaptura
• Calcular o caudal de lamas espessadas
(este caudal segue para desidratação mecânica, nomeadamente por filtragem
em sacos-filtro)
• Calcular o caudal de drenados
(a conduzir para o reservatório Água proveniente da lavagem dos filtros)
Qdren = Qlamas a espessar - Qlamas espessadas
PROJECTO DE INSTALAÇÕES DE TRATAMENTO
71
CRITÉRIOS DE DIMENSIONAMENTO
Edifícios e generalidades
 Edifício de exploração
Sala de comando e sala de reuniões
Laboratório
WC
Cozinha, sala de refeições, vestiário…
 Edifício de armazenamento e preparação de reagentes
 Edifício de armazenamento de cloro
Compartimento fechado com acesso pelo exterior equipado com exaustor
e material de primeiros socorros
 Edifício de produção de ozono
Compartimento próprio acessível pelo exterior e pelo edif. de exploração.
PROJECTO DE INSTALAÇÕES DE TRATAMENTO
72
CRITÉRIOS DE DIMENSIONAMENTO
PROJECTO DE INSTALAÇÕES DE TRATAMENTO
73
CRITÉRIOS DE DIMENSIONAMENTO
 Plant layout drawing
• Outside walls - 30 cm thick
• Inside walls - 20 cm thick
 Chambers and tanks
• Walls: 30 cm thick
• Bottom: 40 to 50 cm thick
• Border: >40 cm heigth
PROJECTO DE INSTALAÇÕES DE TRATAMENTO
74
AULA 9
• Visita de estudo à ETAR de Beirolas.
PROJECTO DE INSTALAÇÕES DE TRATAMENTO
75
AULA 10
• Dúvidas.
PROJECTO DE INSTALAÇÕES DE TRATAMENTO
76
AULA 11 – TRATAMENTO DE ÁGUAS RESIDUAIS
• Características qualitativas e quantitativas das águas
residuais.
• Etapas e tipos de tratamento (operações e processos
unitários).
• Tratamento biológico: princípios.
• Descrição dos processos de lamas activadas e suas
variantes. Principais critérios de dimensionamento.
PROJECTO DE INSTALAÇÕES DE TRATAMENTO
77
TRATAMENTO DE ÁGUAS RESIDUAIS
CARACTERÍSTICAS QUALITATIVAS
PROJECTO DE INSTALAÇÕES DE TRATAMENTO
78
TRATAMENTO DE ÁGUAS RESIDUAIS
Principal constituents of concern in wastewater treatment
PROJECTO
INSTALAÇÕES ENGINEERING
DE TRATAMENTO
METCALF
& EDDY DE
/ WASTEWATER
- TREATMENT AND REUSE
79
TRATAMENTO DE ÁGUAS RESIDUAIS
Typical composition of untreated domestic wastewater
PROJECTO DE INSTALAÇÕES DE TRATAMENTO
80
TRATAMENTO DE ÁGUAS RESIDUAIS
PROJECTO DE INSTALAÇÕES DE TRATAMENTO
81
TRATAMENTO DE ÁGUAS RESIDUAIS
CARACTERÍSTICAS QUANTITATIVAS
PROJECTO DE INSTALAÇÕES DE TRATAMENTO
82
TRATAMENTO DE ÁGUAS RESIDUAIS
ETAPAS DE TRATAMENTO
PROJECTO DE INSTALAÇÕES DE TRATAMENTO
83
TRATAMENTO DE ÁGUAS RESIDUAIS
TIPOS DE TRATAMENTO
PROJECTO DE INSTALAÇÕES DE TRATAMENTO
84
TRATAMENTO DE ÁGUAS RESIDUAIS
PROJECTO DE INSTALAÇÕES DE TRATAMENTO
85
TRATAMENTO DE ÁGUAS RESIDUAIS
PROJECTO DE INSTALAÇÕES DE TRATAMENTO
86
TRATAMENTO DE ÁGUAS RESIDUAIS
DECRETO-LEI Nº 236/98, DE 1 DE AGOSTO
PROJECTO DE INSTALAÇÕES DE TRATAMENTO
87
TRATAMENTO DE ÁGUAS RESIDUAIS
PROJECTO DE INSTALAÇÕES DE TRATAMENTO
88
TRATAMENTO DE ÁGUAS RESIDUAIS
PROJECTO DE INSTALAÇÕES DE TRATAMENTO
89
TRATAMENTO DE ÁGUAS RESIDUAIS
PROJECTO DE INSTALAÇÕES DE TRATAMENTO
90
TRATAMENTO DE ÁGUAS RESIDUAIS
Important factors that must be considered when evaluating
and selecting unit operations and processes
PROJECTO DE INSTALAÇÕES DE TRATAMENTO
91
TRATAMENTO DE ÁGUAS RESIDUAIS
PROJECTO DE INSTALAÇÕES DE TRATAMENTO
92
TRATAMENTO DE ÁGUAS RESIDUAIS
TRATAMENTO DE AFINAÇÃO (TERCIÁRIO)
PROJECTO DE INSTALAÇÕES DE TRATAMENTO
93
TRATAMENTO DE ÁGUAS RESIDUAIS
Fundamentals of biological treatment
PROJECTO DE INSTALAÇÕES DE TRATAMENTO
94
TRATAMENTO DE ÁGUAS RESIDUAIS
PROJECTO DE INSTALAÇÕES DE TRATAMENTO
95
TRATAMENTO DE ÁGUAS RESIDUAIS
PROJECTO DE INSTALAÇÕES DE TRATAMENTO
96
TRATAMENTO DE ÁGUAS RESIDUAIS
PROJECTO DE INSTALAÇÕES DE TRATAMENTO
97
TRATAMENTO DE ÁGUAS RESIDUAIS
PROJECTO DE INSTALAÇÕES DE TRATAMENTO
98
TRATAMENTO DE ÁGUAS RESIDUAIS
Descrição dos processos de lamas activadas e suas
variantes
PROJECTO DE INSTALAÇÕES DE TRATAMENTO
99
TRATAMENTO DE ÁGUAS RESIDUAIS
PROJECTO DE INSTALAÇÕES DE TRATAMENTO
100
TRATAMENTO DE ÁGUAS RESIDUAIS
PROJECTO DE INSTALAÇÕES DE TRATAMENTO
101
TRATAMENTO DE ÁGUAS RESIDUAIS
PROJECTO DE INSTALAÇÕES DE TRATAMENTO
102
TRATAMENTO DE ÁGUAS RESIDUAIS
PROJECTO DE INSTALAÇÕES DE TRATAMENTO
103
TRATAMENTO DE ÁGUAS RESIDUAIS
PROJECTO DE INSTALAÇÕES DE TRATAMENTO
104
TRATAMENTO DE ÁGUAS RESIDUAIS
PROJECTO DE INSTALAÇÕES DE TRATAMENTO
105
TRATAMENTO DE ÁGUAS RESIDUAIS
PROJECTO DE INSTALAÇÕES DE TRATAMENTO
106
TRATAMENTO DE ÁGUAS RESIDUAIS
PROJECTO DE INSTALAÇÕES DE TRATAMENTO
107
AULA 12
• Dimensionamento de sistemas de lamas activadas.
PROJECTO DE INSTALAÇÕES DE TRATAMENTO
108
DIMENSIONAMENTO DE UM SISTEMA DE LAMAS ACTIVADAS
Dimensionamento de um sistema de lamas activadas
(mistura completa)
A – DADOS DE BASE
Caudal =0,25 m3/s
CBOa = 250 mg/L
T = 20 ºC
CBOe = 20 mg/L
Admitem-se os seguintes pressupostos:
(a) a concentração dos SSV do afluente ao reactor é desprezável;
(b) a razão MLVSS/MLSS = 0,80;
(c) a concentração de sólidos na recirculação é de 10 000 mg/L;
(d) a concentração de sólidos no reactor é de MLVSS = 3 500 mg/L;
(e) a idade das lamas, θc = 10 dias;
(f) o efluente contém 22 mg/L de sólidos biológicos, dos quais 65% são biodegradáveis;
(g) CBO5 = 0,68 x CBOu;
(h) as águas residuais têm as concentrações adequadas de azoto e fósforo para o crescimento
biológico;
(i) os parâmetros cinéticos do crescimento biológico, Y = 0,50 e kd = 0,06 d-1.
PROJECTO DE INSTALAÇÕES DE TRATAMENTO
109
DIMENSIONAMENTO DE UM SISTEMA DE LAMAS ACTIVADAS
Simbologia:
CBOa CBOe E Eglobal kd MLSS MLVSS Px Q Qe Qw S SS SSV  c VR X Xe Y YReal -
CBO5 afluente ao sistema (S0), mg/L
CBO5 efluente ao sistema, mg/L
Eficiência do sistema com base no CBO5 solúvel, %
Eficiência global do sistema, %
Coeficiente de decaimento endógeno, dia-1
Sólidos suspensos no reactor, mg/L
Sólidos suspensos voláteis no reactor, mg/L
Quantidade de lamas produzidas diariamente, kg SSV/d
Caudal afluente ao sistema, m3/dia
Caudal do efluente tratado, m3/dia
Caudal de lamas em excesso, m3/dia
CBO5 afluente não tratado, mg/L
Sólidos suspensos, mg/L
Sólidos suspensos voláteis, mg/L
Tempo de retenção hidráulico no reactor, dia
Idade das lamas (tempo médio de retenção das células, SSV, no reactor), dia
Volume do reactor, m3
Concentração de SSV no reactor R, mg/L
Concentração de SSV no efluente, mg/L
Coeficiente de crescimento de células, g célu-las produzidas por g de matéria orgânica
removida
Coeficiente de crescimento de células real num sistema com recirculação
PROJECTO DE INSTALAÇÕES DE TRATAMENTO
110
DIMENSIONAMENTO DE UM SISTEMA DE LAMAS ACTIVADAS
Typical design parameters for commonly used activated sludge process
PROJECTO DE INSTALAÇÕES DE TRATAMENTO
111
DIMENSIONAMENTO DE UM SISTEMA DE LAMAS ACTIVADAS
B – DIMENSIONAMENTO DO SISTEMA
1 - Cálculo do CBO5 solúvel no efluente
CBO5 efluente = CBO5 afluente não tratado + CBO5 dos SS do efluente
a) CBO5 dos SS do efluente
a.1) parte biodegradável dos sólidos biológicos do efluente
0,65 x 22 mg/L = 14,3 mg/L
a.2) CBOu da parte biodegradável dos sólidos biológicos do efluente
0,65 x 22 mg célula/L x 1,42 mg O2 consumido/mg célula oxidada = 20,3 mg/L
a.3) CBO5 dos SS efluente = 20,3 mg/L x 0,68 = 13,8 mg/L
b) CBO5 afluente não tratado (S)
CBOe = S + CBO5 dos SS efluente
20 mg/L = S + 13,8 mg/L
S = 6,2 mg/L
PROJECTO DE INSTALAÇÕES DE TRATAMENTO
112
DIMENSIONAMENTO DE UM SISTEMA DE LAMAS ACTIVADAS
2 - Cálculo da eficiência
-S
E = So
x 100
So
a) com base no CBO5 solúvel
E=
250 - 6,2
x 100 = 97,5%
250
b) a eficiência global do sistema
Eglobal =
250 - 20
x 100 = 92%
250
PROJECTO DE INSTALAÇÕES DE TRATAMENTO
113
DIMENSIONAMENTO DE UM SISTEMA DE LAMAS ACTIVADAS
3 - Cálculo do volume do reactor
Y ( - S)
X = θc So
θ (1 + k d θc )
θ = VR
Q
a) substituindo θ em X, e resolvendo a equação para VR
VR =
θc Q Y (So - S)
X (1 + kd θc )
b) a eficiência global do sistema
VR =
(10d) x (0,25 x 86 400 s/dia) x 0,50[(250 - 6,2) mg/L]
(3 500 mg/L) (1 + 0,06 d-1 x 10 d)
PROJECTO DE INSTALAÇÕES DE TRATAMENTO
 4 700 m3
114
DIMENSIONAMENTO DE UM SISTEMA DE LAMAS ACTIVADAS
4 - Quantidade de lamas produzidas em excesso por dia
a) Cálculo do Yreal
Yreal =
Y
1 + kd θc
=
0,5
(1+ 0,06 x 10)
= 0,31g células/gCBO removido
b) Quantidade de lamas produzidas
-3
Px = YReal Q (So - S) x 10
= (0,31 kg células/kg CBO removido) x (0,25 x 86 400 s/d) x (250 - 6,2) (g/ m3) x 10-3
= 1 632 kg SSV/d
PROJECTO DE INSTALAÇÕES DE TRATAMENTO
115
DIMENSIONAMENTO DE UM SISTEMA DE LAMAS ACTIVADAS
c) Cálculo do aumento da massa total de MLSS
Px (SS) =
1 632
= 2 040 kg SS/d
0,8
d) Quantidade de lamas em excesso
Lamas em excesso = Aumento de MLSS - SS no efluente
= 2 040 kg SS/d - (22 g/ m3 x 0,25 m3 /s x 86 400)
= 2 040 - 475  1 565 kg SS/d
PROJECTO DE INSTALAÇÕES DE TRATAMENTO
116
DIMENSIONAMENTO DE UM SISTEMA DE LAMAS ACTIVADAS
e) Caudal de lamas em excesso, admitindo que a purga é feita a partir do reactor
θc =
VR X
Qw X + Qe Xe
4 700 m3 x 3 500 g/ m3
10 d =
Qw x 3 500 g/ m3 + (0,25 m3 /s x 86 400 x 22 g/ m3 x 0,8)
10 =
16 450 000
3 500 Qw + 380 160
Qw =
16 450 000 - 3 801 600
= 361 m3 /d
35 000
PROJECTO DE INSTALAÇÕES DE TRATAMENTO
117
DIMENSIONAMENTO DE UM SISTEMA DE LAMAS ACTIVADAS
f) Razão de recirculação
Q Xo + QR XR = Qw X + (Q + QR) X
Admitindo-se que:
Xo = 0 mg/L
QR XR = (Q + QR) X
Qw é desprezável face ao Q ( 1,6%)
10 000 x 0,8 Q = (21 600 + Q ) x 3 500
R
R
 QR = 16 800 m3 /d
QR
= 78 %
Q
PROJECTO DE INSTALAÇÕES DE TRATAMENTO
118
DIMENSIONAMENTO DE UM SISTEMA DE LAMAS ACTIVADAS
5 - Cálculo do tempo de retenção hidráulico
θ=
VR 4 700
=
Q 21 600
= 5,2 h
6 - Cálculo das necessidades de oxigénio
a) quantidade de CBOu removido no processo
Q (S - So) 21 600 m3 /d (250 - 6,2) g/ m3
=
= 7 744 kg CBOu /d
0,68
0,68
b) quantidade de oxigénio
kg O2 /d = 7 744 kg CBOμ /d - 1,42 x 1 632 kg SSV/d = 5 426 kg O2 /d
PROJECTO DE INSTALAÇÕES DE TRATAMENTO
119
DIMENSIONAMENTO DE UM SISTEMA DE LAMAS ACTIVADAS
7 - Cálculo da potência dos arejadores
transferência de O2  0,9 a 2,2 kg O2 /kW.h
potência total =
5 426 kg O2 /d
24 h/d x 1,5 kg O2 /kW.h
= 150 kW
8 - Verificações
 Potência agitação:
150 000 W
= 32 W/ m3 > 25 W/ m3
3
4 700 m
 Relação F/M:
F
250 mg/L
S
= o =
= 0,33 d-1
M θ X (0,22 d) x (3 500 mg/L)
 Carga volúmica:
kg CBO 5 So Q 250 g/ m3 x 21 600 m3 /d x 10-3
=
=
3
4 700 m3
VR
m .d
PROJECTO DE INSTALAÇÕES DE TRATAMENTO


= 1,15 (0,8 - 1,92 kg CBO5 / m3 .d)

120
DIMENSIONAMENTO DE UM SISTEMA DE LAMAS ACTIVADAS
Typical values of alpha factors for low-speed surface aerators
and selected wastewater types
Typical aeration tank dimensions for mechanical surface aerators
PROJECTO DE INSTALAÇÕES DE TRATAMENTO
121
DIMENSIONAMENTO DE UM SISTEMA DE LAMAS ACTIVADAS
Typical design information for secondary clarifiers for the activated sludge process
PROJECTO DE INSTALAÇÕES DE TRATAMENTO
122
DIMENSIONAMENTO DE UM SISTEMA DE LAMAS ACTIVADAS
Lamas activadas na variante de arejamento prolongado (METCALF)
Critérios de dimensionamento
Parâmetro
Unidade
IL (Idade das lamas) =c
Carga mássica global (C/M ou F/M)
dia
Gama de valores
Aceitáveis Adoptados
10 a 30
kg CBO5/kg SSV/dia 0.05-0.30
kg CBO5/m3/dia
0.08 -0.48
g/l
3a6
TRH (=V/Q)
h
8-36
Qr/Q
-
0.75-1.50
MLVSS/MLSS
-
0.6 a 0.8
Carga volúmica (C/V ou F/V)
Matéria total em suspensão = [MLSS]
Matéria volátil em suspensão =[MLVSS]
g/l
Concentração de lamas na recirculação
%
Concentração de SST final
Percentagem de SSt biodegradáveis, no efluente
Consumo O2/quantidade de células oxidadas
23
3.0
0.8
2.4
<1%
0.8%
mg/l
35
%
mg O2/mg cél.oxid.
65%
1.42
Coeficientes
Lamas em excesso - a =Y
kg MVS/kg CBO rem
Lamas em excesso - b =Kd
Factor de conversão de CBO5 a CBOL
Factor de segurança no arejamento
Factor de ponta (no arejamento)
Concentraçãode OD fornecida pelo equipamento
Potência mínima para manter sólidos em suspensão
Eficiências de remoção CBO5
PROJECTO DE INSTALAÇÕES DE TRATAMENTO
-1
d
kg/kg
0.4-0.8
0.60
.025-.075
0.05
0.68
-
1.4
2.0
mg/l
W/m3
-
2.0
20 a 40
25
%
75-95
123
DIMENSIONAMENTO DE UM SISTEMA DE LAMAS ACTIVADAS
Dimensionamento das características geométricas
Grandeza
Caudal afluente (Qmédio - Ano 20)
Concentração de CBO5 afluente (Ano 20)
Unidade
m3/dia
Valor
1878
kg/dia
820
mg/l
437
Concentração de CBO5 final
mg/l
25.0
Mat. biodegradável dos SST presentes no efluente
mg/l
22.8
CBOL dos SST presentes no efluente
mg/l
32.3
CBO5 dos SST presentes no efluente
mg/l
22.0
CBO5 solúvel que escapa ao tratamento (S)
mg/l
3.0
Eficiência (baseada na CBO5 solúvel)
%
99%
Eficiência total de remoção CBO 5
%
94%
Volume
m
3
2179
Número de valas de oxidação
Profundidade da vala de oxidação
2
3.00
Área necessária por vala
m
m2
Largura da vala de oxidação
m
5.65
Comprimento total da vala de oxidação
Comprimento interior da vala de oxidação
Relação comprimento/largura (x/1)
m
m
33.30
22.00
m3
5.9
2093
-
0.28
Aumento da quantidade de MLVSS (P x )
kg/dia
227.4
Aumento da quantidade de MVSS
kg/dia
284.2
Quantidade de lamas em excesso
kg/dia
231.6
Caudal a purgar (lamas em excesso)
m3/dia
30.88
Qr/Q
TRH - verificação
h
0.47
27
F/M - verificação
kg CBO5/kg SSV/dia
Volume total obtido
Y obs
F/V - verificação
0.16
0.39
kg O2/h
104.2
m3
kW
1047
52.1
-
2
kW
26
Volume unitário
Potência de arejamento necessária por vala
PROJECTO DE INSTALAÇÕES DE TRATAMENTO
Potência de cada arejador mecânico
3
kg CBO5/m /dia
Necessidades de oxigénio - Q médio
Número de arejadores mecânicos por vala
363.1
Potência de arejamento necessária
O calculo só é válido para tanques de
arejamento!!! (não para valas de
oxidação - ver Rotor)
124
DIMENSIONAMENTO DE UM SISTEMA DE LAMAS ACTIVADAS
Decantadores Secundários (METCALF)
Critérios de dimensionamento
Parâmetro
Unidade
Gama de valores
Aceitáveis Adoptados
Carga hidráulica - Caudal médio
3
2
3
2
m /m /dia
8.1-16.3
Carga hidráulica - Caudal de ponta
Carga de sólidos - Caudal médio
m /m /dia
kg/m2/h
24.4-32.6
1.0-4.9
Carga de sólidos - Caudal de ponta
kg/m2/h
6.8
Profundidade líquida
m
3.7-6.1
TRH - Caudal médio
h
4.0
TRH - Caudal de ponta
h
1.5
PROJECTO DE INSTALAÇÕES DE TRATAMENTO
15.5
2.30
125
DIMENSIONAMENTO DE UM SISTEMA DE LAMAS ACTIVADAS
Dimensionamento
Grandeza
Unidade
m3/dia
Valor
Grandeza
Unidade
Valor
1878
Estrutura de saída
m /dia
3578
Descarregador
Número de decantadores
Área (cálculo)
m2
2
121.2
Diâmetro do descarregador
m
8.70
Comprimento do descarregador
m
27.33
Diâmetro interno (aproximado)
m
8.78
Nº de descarregadores em V
desc/ml
5
Diâmetro interno
m
m2
8.80
Nº total (desc. em V) - cálculo
-
137
60.8
Nº total (desc. em V) - real
134
139.9
Caudal por desc. em V - Qmédio
m3/s
1.6E-04
3.1E-04
Caudal afluente (Qmédio - Ano 20)
Caudal afluente (Qponta - Ano 20)
3
Área útil unitária (real)
m
Volume útil unitário - parte cilindrica
3
TRH (Qmédio - Ano 20)
h
3.6
Caudal por desc. em V - Qponta
m3/s
TRH (Qponta - Ano 20)
1.9
29.4
Altura lâmina líquida (por desc.)
Qmédio - Ano 40
m
Carga hidráulica (Qponta - Ano 20)
h
m /m2/dia
Taxas de recirculação (a Qmédio)
% Qmédio
47%
SVI
Carga de sólidos (Qmédio - Ano 20)
3
kg/m2/h
2
40 a 150
2.8
Qponta - Ano 40
Taxa de descarga
Qmédio - Ano 40
kg/m /h
4.6
Estrutura afluente
Diâmetro da tubagem (cálculo)
m
0.21
Largura do canal
Diâmetro da tubagem (adoptado)
m
0.20
Comprimento de meio canal
Carga de sólidos (Qponta - Ano 20)
Velocidade Ano 0 (Qmédio)
m/s
0.60
0.034
3
m /m/dia
69
Qponta - Ano 40
Canal de recolha do efluente (Canal Colector)
Caudal afluente (Qponta - Ano 40)
Caudal máximo afluente a cada DS (Qponta)
PROJECTO DE INSTALAÇÕES DE TRATAMENTO
0.026
131
m
0.40
m
m /dia
13.67
3
3
m /dia
3
3708
1854
Caudal proveniente do descarregador
m /s/ml
0.002
Altura de água no canal (ponto baixo)
m
0.07
Quantidade de movimento (ponto baixo)
N
25.98
Altura de água no canal (ponto alto)
m
0.12
Altura total do canal (paredes)
m
0.30
126
DIMENSIONAMENTO DE UM SISTEMA DE LAMAS ACTIVADAS
Condições de funcionamento (Qr/Q de cálculo)
Ano
2003
2023
2043
2003
Nº de
Qafluente
Área
Carga
dispon. hidráulica
[m 2]
[m 3/m 2/dia]
Qr
Sólidos
Carga de
afluentes
TRH
Ch no
[h]
descarr.
[m 3/m/h]
[%]
[kg/dia]
sólidos
[kg/m 2/h]
Verão
28.78
47%
7722
5.3
2.1
2.67
60.8
42.62
47%
11435
7.8
1.4
3.95
72.9
121.6
14.39
47%
7722
2.6
4.1
1.33
Qponta
108.0
121.6
21.31
47%
11435
3.9
2.8
1.98
1
Qmédio
78.3
60.8
30.88
47%
8285
5.7
1.9
2.86
1
Qponta
120.5
60.8
47.54
47%
12756
8.7
1.3
4.41
2
Qmédio
78.3
121.6
15.44
47%
8285
2.8
3.9
1.43
2
Qponta
120.5
121.6
23.77
47%
12756
4.4
2.5
2.20
1
Qmédio
80.1
60.8
31.60
47%
8478
5.8
1.9
2.93
1
Qponta
124.7
60.8
49.21
47%
13205
9.0
1.2
4.56
2
Qmédio
80.1
121.6
15.80
47%
8478
2.9
3.8
1.46
2
Qponta
124.7
121.6
24.61
47%
13205
4.5
2.4
2.28
60.8
Inverno
26.71
47%
7166
4.9
2.2
2.48
linhas
[-]
[m 3/h]
1
Qmédio
72.9
60.8
1
Qponta
108.0
2
Qmédio
2
1
Qmédio
67.7
1
Qponta
133.0
60.8
52.50
47%
14087
9.7
1.1
4.87
2
Qmédio
67.7
121.6
13.35
47%
7166
2.5
4.5
1.24
2
Qponta
133.0
121.6
26.25
47%
14087
4.8
2.3
2.43
PROJECTO DE INSTALAÇÕES DE TRATAMENTO
127
AULA 13
• Apresentação de monografias pelos alunos.
PROJECTO DE INSTALAÇÕES DE TRATAMENTO
128
TRATAMENTO DE ÁGUAS RESIDUAIS
PROJECTO DE INSTALAÇÕES DE TRATAMENTO
129