PROCESSOS DE TRATAMENTO
DE ÁGUAS RESIDUÁRIAS
Ana Cláudia Seixas
TRATAMENTO PRELIMINAR



Gradeamento – Grades
Proteção dos dispositivos dos esgotos contra
obstruções, tais como bombas, registros,
tubulações, peças especiais, etc.;
Proteção dos equipamentos de tratamento, bem
como do aspecto estético dos corpos receptores e
fluxo;
Remoção
parcial
da
carga
poluidora,
consequentemente maior eficiência nas etapas
subseqüentes.
Espaçamento entre Barras
É escolhido em função do tipo de material que se quer deter e dos
equipamentos a proteger, sendo assim podemos classificá-las:
- Grades Grosseiras: são instaladas à montante de bombas de
grandes dimensões, turbinas, etc.; e quase sempre precedem
grades comuns.
- Grades Médias: com menor espaçamento entre barras
(normalmente 2,5cm). São empregadas normalmente em estações
de águas residuárias, na entrada das ETEs;
- Grades Finas: são empregadas quando são bem determinadas as
características do esgoto a tratar (empregadas para reduzir
escumas em tanques de digestão, para proteção de filtros lentos e
os equipamentos de dosagem, etc.).
Apresentam problemas de limpeza e geralmente são mecanizadas.
Tipo e Espaçamento das Grades
Dimensões das Barras
Tipos de Grades
Grades Simples: de limpeza manual (pequenas
instalações). Geralmente são grosseiras, apresentando
aberturas geralmente grandes, instaladas à montante
de grades médias mecanizadas, bombas de grande
capacidade, etc. Destinam-se a retirada de objetos de
grandes dimensões (madeira, latas, etc.) que podem
danificar aqueles equipamentos.
Grades
Mecanizadas:
de
limpeza
automática ou não (instalações maiores).
mecânica,
Inclinação das Barras
-
De acordo com o tipo de limpeza manual ou mecanizada,
as grades apresentam uma inclinação das barras já
bastante definida.
Limpeza Manual (rastelo): 30º a 45º;
Limpeza Mecânica: 45º a 90º, (comum 60º).
OBS: Existem também certas instalações que adotam
grades instaladas verticalmente. No, entanto, as grades
inclinadas têm apresentado melhor rendimento, uma
vez que a inclinação evita que o material arrastado se
desprenda com facilidade e retorne ao canal de
chegada (afluente).
Remoção e Destino Material


CETESB (1994)
Material retido no gradeamento deve ser removido tão
rapidamente quanto possível e armazenado em
depósitos próprios em condições de permitir as
seguintes operações subseqüentes: drenagem parcial do
líquido agregado ao material grosseiro; fácil transporte
ou transbordo para depósitos maiores, apropriados
para esta função; e cobertura com a finalidade de
evitar a proliferação de vetores.
Tratamento de esgotos sanitários, normalmente o
destino é a incineração ou aterro sanitário.
Remoção e Destino Material



Pequenas Instalações: material poderá ser enterrado
com um recobrimento mínimo de 30 a 40 cm de terra
para evitar maus odores e permitir a ação das
bactérias.
Grandes Instalações com remoção mecanizada
recomenda-se a incineração, digestão ou trituração.
Tratamento de Efluentes Líquidos Industriais:
o
destino do material retido dependerá da natureza do
material, podendo ser encaminhado para compostagem
ou biodigestão no caso de resíduos agroindustriais,
etc.
Dimensionamento das Barras


Deve-se escolher previamente o seu formato (mais
comum retangular), dimensão, espaçamento e tipo de
barra. Deve-se garantir a velocidade adequada através
das barras
Velocidade mínima: 0,40 m/s
Velocidade máxima: 0,75 m/s
Esses valores devem ser verificados para vazões
mínima, média e máxima. Velocidades pequenas
propiciam a deposição de areia no canal da grade,
enquanto velocidades altas desfavorecem a retenção do
material grosseiro (problemas de entupimento).
Cálculos
S = área do canal até o nível d’água (seção de escoamento), em m2 ;
Au = área útil (área entre as barras), em m2 ;
a = espaçamento entre as barras, em m;
t = espessura da barra;
V = velocidade – canal aprox. (V = 0,7 a 1,0 m/s) usual 0,8 m/s;
v = velocidade de escoamento (v = 0,4 a 0,75 m/s) usual 0,6 m/s;
E = eficiência
OBS: Relação B  3 e que H não seja maior que 0,5m (usualmente
considera-se B = 5H ou B = 6H).
Cálculos
Canal de Aproximação
Área (canal aproximação)
A = Q/V
Largura Recomendada (canal aproximação)
B  3 (usualmente considera-se B = 5H)
A=BxH
Seção de Escoamento: verificar dados de acordo com o
tipo de grade em tabela (valores de a, t e E)
Área útil
Au = Qmáx /v
Cálculo Eficiência
Cálculo para eficiência das grades de dimensões usuais. No entanto, com
emprego da equação também podemos determinar a eficiência para várias
situações. E = a/a+t
Cálculos
Seção do canal
S = Au / E
S = Au / (a/ a+t)
S = B x H (B  3, usualmente B = 6H)
Área da barras
Abarras = S – Au
Número de barras (n)
Número de barras (n) = B / a+t
ou
Área das Barras = A1 barra x n
S – Au = t x H x n
Perda de Carga
A perda de carga é a variação do nível da linha de
energia entre dois pontos em um escoamento.
Hf = 1,43 (V2 – v2 ) / 2g
Hf = perda de carga, m;
v = velocidade entre as barras, m/s;
V = velocidade a montante da grade, m/s;
g = aceleração da gravidade, 9,8 m/s2.
Dimensionamento Grades
Uma estação de tratamento recebe em média 500 m3/h
de água residuária, com uma vazão máxima de 900 m3/h
e uma vazão mínima de 200 m3/h. Pretende-se
dimensionar um sistema de grades verticais para
remoção de sólidos grosseiros, utilizando barras com 10
mm de espessura (t) e igualmente espassadas de 20 mm
(a). Assuma para o nível médio da água no canal (h) uma
altura de 0,5 m.
Resolução
Considerando a vazão média água residuária (500
m3/h = 0,1389 m3/s) e uma velocidade média de
passagem da água através da grade de 0,6 m/s,
será necessário instalar uma grade com uma área
útil de 0,232 m2.
Q 0,1389m3 / s
Au  
 0,232m2
v
0,6m / s
Resolução
Nas condições indicadas no enunciado (t = 10 mm e
a = 20 mm), a eficiência da grade (ε) será de 0,667
o que corresponde a uma superfície total da grade
de 0,347 m2.
Q(a  t ) 0,1389(20  10)
S

 0,347m 2
va
0,6  20
S
Au


a
(a  t )
Resolução
Para grades colocadas em posição vertical (α = 90°),
e considerando uma altura de água no canal (h) de
0,5 m, a largura do canal (L) deverá ser 0,694 m.
Q
0,347
L

 0,694m
v   h
0,5
S  Bh

a
20

 0,667
(a  t ) 20  10
Resolução
Nesta largura é possível instalar 23,8 barras, ou seja,
efetivamente deverão ser colocadas 24 barras
(número inteiro).
L  a 695  20
 

 23,8  24
ta
10  20
A instalação de 24 barras faz com que a largura do
canal seja na realidade de 0,7 m, o que corresponde a
uma superfície da grade de 0,35 m2 (S = 0,7 × 0,5).
L  t  (  1)a  2410  (24  1)20  700mm
Resolução
A velocidade média de passagem da água através da
grade será então de 0,595 m/s (como esperado um
valor muito idêntico ao considerado inicialmente).
Q
0,1389


 0,595m / s
S   0,35 0,667
Resumo Parâmetros Dimensionamento
Velocidades entre 0,3 e 0,9 m/s
Exercícios

Uma estação de tratamento recebe em média 400 m3/h
de água residual, com uma vazão máxima de 700 m3/h e
uma vazão mínima de 100 m3/h. Dimensione um sistema
de grades verticais para remoção de sólidos grosseiros,
utilizando barras de 8 mm
de espessura igualmente
espaçadas de 15 mm, colocadas em uma posição vertical
de 90o . Assuma para o nível médio da água no canal uma
altura de 0,5 m.
TRATAMENTO PRELIMINAR



Desarenadores - Caixas de Areia
Reter substâncias inertes, como areias e sólidos
minerais sedimentáveis, originárias de águas
residuárias. Via de regra com diâmetro igual ou
superior a 0,20 mm e peso específico de 2,65 g/cm3.
Evitar abrasão nos equipamentos e tubulações
(bombas, válvulas, etc.);
Eliminar ou reduzir a possibilidade de obstruções em
tubulações e demais unidades subseqüentes do
sistema; e facilitar o transporte do líquido.
Dimensionamento

Para caixas tipo Canal – fluxo horizontal (mais comum)
Velocidade de escoamento
São dimensionadas de modo que se tenha velocidade nos canais no
intervalo de 0,15 a 0,40m/s, sendo recomendado o valor de
0,30m/s, e deve-se manter uma variação de +/- 20%. Velocidades
inferiores a 0,15m/s provocam deposição excessiva de partículas
orgânicas, e velocidades superiores a 0,40 m/s propiciam a saída
de areia nociva.
Velocidade de Sedimentação

A Tabela apresenta valores velocidade de sedimentação em função
do tamanho das partículas, para grãos de areia de peso específico
de 2,65 g/cm3 a 20°C, em água tranqüila.
Princípio de Funcionamento
O esgoto, ao deslocar-se horizontalmente na caixa de areia, deve
estar possuído da velocidade de 0,30 m/s, enquanto as partículas
de areia com 0,2mm de diâmetro e de 2,65 g/cm3 de peso
específico devem encontrar condições para depositar-se no fundo.
Como no esgoto em repouso a 20°C as partículas de areia com
tamanho de 0,2mm decantam com velocidade aproximada de 2,0
cm/s. Para que todas as partículas de 0,2mm se depositem, basta
que a partícula situada em condição mais desfavorável possa
depositar-se. A situação mais desfavorável é a da partícula que se
encontra na superfície líquida e na extremidade de montante da
caixa de areia. O tempo que a partícula de 0,2mm leva para atingir
o fundo da caixa e o que ela leva para percorrer toda a extensão
da caixa de areia é igual. Em decorrência, para uma caixa de areia
de altura útil H, o seu comprimento é definido segundo a
proporção L / H = V / v .
Comprimento




L = comprimento de caixa, m.
H = altura de lâmina d’água, m
V = velocidade de escoamento horizontal (0,15 a 0,40), usual 0,30m/s
v = 2cm/s = 0,02m/s (velocidade de sedimentação da partícula
desejada).
Pela igualdade de triângulos:
L / H = V / v ou
L=V/vxH
Para valores usuais V = 0,30 m/s e v = 0,02 m/s
L=V/vxH
L = 0,30 / 0,02 x H
L = 15 x H
Dando-se um acréscimo de 66% (Para compensar
efeitos de turbulência)
L = 25 x H
Largura da caixa (b)

Calculada em função da lâmina de água (H) e de
forma a garantir a velocidade desejada (0,30 m/s),
aplicando a equação da continuidade (Q = S x V) se a
seção da caixa for retangular S = B x H.

Adotar B 3 H (adotar B = 4 a 5H)

Para projeto: Hprojeto x 4 (coeficiente de segurança)
Taxa de Aplicação
É a relação entre a vazão dos esgotos (Q) e a área da
planta da caixa de areia (A) e é fisicamente igual a
velocidade de sedimentação da partícula de
determinado tamanho.
Recomenda–se uma taxa de aplicação na faixa de 600
a 1200 m3/m2.dia. Caso a taxa fique fora do intervalo
permissível, recomenda-se variar o valor da velocidade.
Controle de velocidade
Umas das principais dificuldades no projeto e na
operação das caixas de areias esta em conseguir
manter a velocidade desejada com a variação da vazão
(Q). Para se contornar esta dificuldade usa-se projetar
uma seção de controle, a jusante da caixa de areia, que
faça com que a altura da lamina d água varie de acordo
com a vazão, mantendo assim aproximadamente
constante a velocidade do fluxo na câmara de
sedimentação.
As seções de controle normalmente utilizadas são: os
vertedores proporcionais – tipo Sutro, calhas tipo
Parshall e calhas tipo Palmer Bowlus.
Arranjo Típico Caixa de Areia.
Dimensionamentos
Cálculo do comprimento mínimo da caixa de areia. Uma
partícula que se encontra no Ponto 1 deverá atingir o
Ponto 2 decorrido t segundos.
Portanto, decorridos t segundos, podemos afirmar que:
t = H / V - tempo de deslocamento na vertical - (I)
t = L / V1 - tempo de deslocamento na horizontal - (II)
(I) = (II)  L / V1 = H / V  H = L . V / V1 - (III)
Dimensionamentos
S = B.H.
Q = V.S
Q = V.B.H
B.H = Q/V
Eq. (IV)
S = B.H adotam-se
valores convenientes
para B e H.
Adotar um coeficiente
em torno de 1,5 .
Caixa de Areia
Exemplo de aplicação

Dimensionar a caixa de areia de uma tomada d’água
com uma vazão máxima de 0,5 m3/s. Estima-se uma
quantidade de sólidos em suspensão de 0,1 L por m3 de
água e se deseja que a caixa de retenção de areia
tenha uma autonomia mínima de três dias. Adotar um
coeficiente de segurança s=1,4.
Resolução:
Dimensionamento do canal de aproximação com V = 0,6
m/s.
Q = V . SS=Q/V
S = (0,5 . 1,4) / 0,6  S = 1,17
Para B = 1,5m  H = 0,78m
Dimensionamento da caixa de areia
Dimensionamento do comprimento “L” da caixa
de areia.
Pela equação (III):
H = L . V / V1
0,78 = L . 0,02 / 0,3
L = 11,67
Adotado: L = 12,0m
Dimensionamento do canal da
Caixa de Areia.
Pela equação (IV):
B.H = Q/V
B.H = 0,5 / 0,3
B.H = 1,67
Como H = 0,78m  B = 1,67 / 0,78
B = 2,14m
Adotado: B = 2,20m
O valor de BL, borda livre, pode ser adotado entre
(0,10 e 0,25m).
Dimensionamento da
Caixa de Retenção de Areia.
Cálculo do volume de retenção diário de areia.
Sólidos em suspensão:
Ss = 0,1 L / m3
Ss = 0,0001 m3/m3
VRD = Ss . Vol. diário
VRD = 0,0001 . 0,5 . 86400
VRD = 4,3 m3/dia
Volume Caixa de Retenção de Areia.
O volume da caixa de retenção de areia deverá,
conforme enunciado, ter a autonomia de no mínimo
3 dias.
VCR = 4,3 . 3 = 12,9 m3
VCR = B . L . C
C = VCR . s / B . L
C = 12,9 . 1,4 / 2,2 . 12,0
C = 0,68m
Adotado: C = 0,70m
Exercícios Propostos
1)Dimensionar a caixa de areia de uma tomada d’água
com uma vazão máxima de 200 litros/s. Estima-se uma
quantidade de sólidos em suspensão e 0,075 L por m3
de água e se deseja que a caixa de retenção de areia
tenha uma autonomia mínima de uma semana. Adotar
um coeficiente de segurança s=1,5.
2) Dimensionar a caixa de areia de uma tomada d’água
com uma vazão máxima de 0,3 m3/s. Estima-se uma
quantidade de sólidos em suspensão de 0,005 L por m3
de água e se deseja que a caixa de retenção de areia
tenha uma autonomia mínima de uma semana. Adotar
um coeficiente de segurança s=1,4.