Saneamento Básico II - Ementa e Programação das Aulas

Saneamento Básico II Prof Dr Daniel Manzi Curso de Engenharia Civil Piracicaba 2022 Escola de Engenharia de Piracicaba EEP 2 Ementa Impurezas das águas naturais Padrões de qualidade e de potabilidade Estações de Tratamento de Água convencionais coagulação floculação decantação filtração e desinfecção Elementos básicos de projetos de ETAs Qualidade dos despejos líquidos Autodepuração de corpos de água Necessidades de tratamento de esgotos Processos de tratamento de esgotos Elementos básicos de projeto de Estações de Tratamento de Esgotos ETEs 3 Referências bibliográficas DI BERNARDO L DANTAS A D B 2005 Métodos e técnicas de tratamento de água 2 ed São Carlos RiMa v 1 e 2 RICHTER C A 2020 Água métodos e tecnologia de tratamento Editora Blucher São Paulo VON SPERLING M 1996 Introdução à qualidade das águas e ao tratamento de esgotos DESA Universidade Federal de Minas Gerais Belo Horizonte VON SPERLING M 2007 Wastewater characteristics treatment and disposal Biological wastewater treatment series Volume One IWA Publishing London 4 Referências Normativas NBR 12 2111992 Estudos de Concepção de Sistemas Públicos de Abastecimento de Água NBR 12 2161992 Projeto de Estação de Tratamento de Água para Abastecimento Público NBR 9 6481986 Estudo de Concepção de Sistemas de Esgoto Sanitário NBR 12 2092011 Projeto de Estações de Tratamento de Esgoto Sanitário Portaria nº 8882021 do Ministério da Saúde Padrão de Potabilidade e medidas de vigilância e controle da água tratada Decreto Estadual nº 84681976 Controle da Poluição no Estado SP Resolução Conama nº 3572005 Classificação das Águas Naturais Programação das aulas 5 Data Conteúdo 1003 Introdução Características das Águas Naturais Padrões de qualidade e de potabilidade Panorama das tecnologias de tratamento de água 1703 ETAs convencionais Aeração Mistura rápida Difusores Floculadores 2403 Decantadores 3103 Filtração Desinfecção 0704 Casa de química Tratamento de lodo em ETAs 2804 Avaliação P1 0505 Revisão da P1 Qualidade dos despejos líquidos Contaminação e eutrofização 1205 Parâmetros de caracterização dos efluentes DBO DQO COT e outros 1905 Autodepuração de corpos de água Legislação e padrões de lançamento Processos de tratamento de esgoto sanitário 2605 Lagoas 0206 Reatores anaeróbios e Lodos ativados 0906 Filtros biológicos Biodiscos 2306 Tratamento de lodo em ETEs 3006 Avaliação P2 0707 Avaliação Substitutiva Introdução A água é indispensável para o organismo humano porém pode conter mais que H2O e ter também Substâncias Elementos Químicos Microorganismos Em quantidade ou concentrações prejudiciais à vida Essa realidade tem se intensificado com a industrialização e o aumento populacional tanto em mananciais superficiais como em subterrâneos 6 Introdução Parte significativa das doenças em países em desenvolvimento de deve à falta de qualidade da água como febres tifóides e paratifóides desinterias cólera hepatites giardíase cáries dentárias pela falta de Flúor fluorose pelo excesso de Flúor saturnismo presença de Chumbo e metahemoglobinemia excesso de Nitratos No Brasil estimase que cerca de 60 das internações hospitalares estejam relacionadas a deficiências no Saneamento Básico 7 Introdução Origem da água consumida no Brasil 51 de rios 30 de lagos lagoas açudes e reservatórios 19 de poços Como definir um tratamento adequado Em situações de projeto instalaçõespiloto Em situações existentes treinamento dos operadores Em ambos muitos e muitos ensaios de tratabilidade 8 Características das águas naturais Biológicas Organismos microscópicos plâncton Algas Protozoários Rotíferos Crustáceos Vermes Larvas de insetos 9 Características das águas naturais Coliformes bactérias indicador de poluição recente por fezes não necessariamente com organismos patogênicos É importante conhecer sua proporção probabilidade de patogênicos ou presença de termotolerantes fecais e E Coli Algas causam problemas operacionais nas ETAs flotando nos decantadores e obstruindo filtros Quando passam pelos filtros podem causar odor ou ainda formar compostos organoclorados cianofíceas que são extremamente perigosas ao ser humano Protozoários um dos mais notáveis é o Cryptosporidium eliminado pelas fezes e que pode ser fatal quando ingerido por organismos debilitados como crianças idosos ou pessoas enfermas 10 Características das águas naturais Físicas e organolépticas São características menos importantes do ponto de vista sanitário mas determinantes dos processos necessários de tratamento Cor decorre da presença de matéria orgânica da decomposição de plantas e animais substâncias húmicas Antigamente sua remoção era considerada apenas para fins estéticos mas sabese que as substâncias húmicas podem formar compostos Trihalometanos THM com potencial cancerígeno quando a desinfecção for com Cloro livre A cor varia com o pH sendo removida mais facilmente com pH baixo Denominase Cor Aparente àquela determinada sem a remoção das partículas suspensas na água e Cor Verdadeira quando obtida após centrifugação ou filtração 11 Características das águas naturais Turbidez devida à presença de partículas em suspensão e em estado coloidal Pode ser aferida por equipamento relativamente barato turbidímetro em unidades de Turbidez UT mas que não indicam a quantidade ou tamanho das partículas Sabor e Odor critérios subjetivos podem estar presentes na água por origem natural matéria orgânica ou pela presença de contaminantes químicos ou subprodutos da desinfecção podendo ser indicadores de contaminação Sua remoção normalmente necessita de aeração eou oxidantes précloração eou carvão ativado adsorção Temperatura influi em todas as etapas do processo de tratamento devendo ser conhecida sua variabilidade Condutividade permite estimar a quantidade de sólidos totais dissolvidos STD na água cuja proporção pode influir na coagulação e facilitar a corrosão 12 Características das águas naturais Químicas pH Valores abaixo de 7 águas corrosivas ou agressivas ácidas Valores acima de 7 favorecem incrustação águas básicas Alcalinidade capacidade da água em neutralizar ácidos A capacidade da neutralização de bases se define acidez A alcalinidade não tem significado sanitário mas influi na coagulação de forma a ser eventualmente necessária correção de pH para uma boa coagulação ou a mudança de coagulante Dureza normalmente atribuída à água pelo Cálcio Ca 2 e Magnésio Mg 2 provoca gosto incrustações e dificuldades na formação de espuma Pode ser removida em estações de abrandamento por meio de resinas específicas ou por precipitação com elevação do pH 13 Características das águas naturais Cloretos podem ser indicadores de poluição ou ocorrer de forma natural provocando sabor às águas e dificultando a coagulação É ainda mais prejudicial às pessoas com doenças cardíacas ou renais Não são removidos por processos convencionais sendo necessária osmose reversa ou eletrodiálise Sulfatos assim como os Cloretos podem ser indicadores de poluição e ainda provocar efeitos laxativos à água Ferro e Manganês o Ferro quando oxidado provoca cor na água e manchas em roupas e aparelhos sanitários O Manganês apresenta as mesmas características e é mais difícil de ser removido principalmente com pH alto dificultando a coagulação Sua associação FeMn confere sabor amargo à água e provoca a obstrução de tubulações metálicas 14 Características das águas naturais Nitritos e Nitratos são indicadores de contaminação quando de origem orgânica e perigosos pelo potencial de metahemoglobinemia e nitrosonomas carcinógenos Oxigênio Dissolvido indicador da presença de matéria orgânica na água Possui baixa solubilidade máximo de 91 mgL a 20C 15 Características das águas naturais Compostos Orgânicos origens Naturais substâncias húmicas microorganismos e hidrocarbonetos que normalmente não são prejudiciais mas podem originar trihalometanos ou organohalogenados quando clorados Antrópicos decorrem do lançamento de efluentes sanitários ou industriais e do escoamento superficial em áreas urbanas ou rurais Reações dentro das estações sempre que o Carbono Orgânico Total COT for maior que 5 mgL e a Cor Verdadeira menor que 20 uH é recomendável avaliar a existência de compostos organoclorados 16 Classificação das águas naturais Teoricamente qualquer água pode ser tratada e potabilizada mas com custos e riscos que não são necessariamente viáveis Normalmente o desconhecimento ou a ausência de informações sobre a água bruta pode conduzir a seleção inadequada da tecnologia de tratamento principalmente quando considerada a variação de suas características ao longo dos dias meses e anos A classificação das águas no Brasil é definida pela Resolução CONAMA nº 3572005 na forma Águas doces salinidade 05 Águas salobras 05 salinidade 30 Águas salinas salinidade 30 17 Classificação das águas naturais Classificação das águas doces CONAMA 3572005 Classe especial consumo humano após simples desinfecção Classe 1 consumo humano após tratamento simplificado Classe 2 consumo humano após tratamento convencional Classe 3 consumo humano após tratamento convencional ou avançado Classe 4 apenas navegação e harmonia paisagística 18 Classificação das águas naturais Para o Estado de São Paulo o Decreto nº 84681976 classifica as águas naturais também em 4 classes com menor quantidade de parâmetros de qualidade A NBR 122161992 também propõe a classificação das águas naturais em 4 classes e recomenda tecnologias de tratamento sugerindo que devam ser validadas com ensaios de tratabilidade e instalaçõespiloto além de avaliar Condições sócioeconômicas Posição geográfica Capacidade da estação e situação de exclusividade Disponibilidade financeira Existência de pessoal qualificado para construção operação e manutenção Disponibilidade regional de produtos químicos Padrão de potabilidade 19 Tipo A águas de bacias sanitariamente protegidas apenas desinfecção e correção de pH Tipo B águas de bacias não protegidas mas que ainda atendem aos padrões de potabilidade sendo recomendado tratamento que não exija coagulação química Tipo C águas que exigem coagulação química para atender padrão de potabilidade Tipo D águas de bacias sujeitas a poluição e que requerem tratamentos especiais 20 NBR 122161992 Padrões de qualidade e de potabilidade Portaria nº 8882021 do Ministério da Saúde Toda água disponível para consumo humano deve estar sujeita ao padrão de potabilidade e vigilância da qualidade exceto águas envazadas O Padrão de Potabilidade define Padrões microbiológicos Critérios para recoletas quando resultados negativos Critérios para avaliar o sistema de distribuição bactérias heterotróficas Limites de turbidez 05 UT para filtração rápida e 10 UT para filtração lenta Tempos de contato e concentrações residuais mínimas na desinfecção em função da temperatura Cloro Residual Livre em qualquer ponto da rede 02 mgL preferencialmente 20 mgL Fluoreto máximo 15 mgL no Estado de São Paulo a Resolução SS65 estabelece essa faixa entre 06 e 08 mgL pH 6 a 95 recomendado Ferro 03 mgL Manganês 01 mgL Plano de amostragem em função do número de habitantes 21 Padrões de qualidade e de potabilidade Microbiológico 22 Padrões de qualidade e de potabilidade Turbidez na ETA 23 Principais parâmetros e seus limites 24 Parâmetro Limites ou Valor Máximo Permitido VMP Referência Normativa Coliformes Totais Ausência em 100 mL Portaria nº 8882021 do Ministério da Saúde Escherichia coli Ausência em 100 mL Cor Aparente 15 Uh Turbidez 5 UT pH 60 a 95 Cloro Residual Livre Ou Cloramina Total 02 a 50 mgL Cl2 OU 40 mgL NH2O Fluoreto 06 a 08 mgL F Resolução Estadual nº SS 652005 Ferro Total 03 mgL Fe Portaria nº 8882021 do Ministério da Saúde Manganês 01 mgL Mn2 Alumínio 02 mgL Al Padrões de qualidade e de potabilidade Amostragem 25 50000 hab 50000 hab 50000 hab 50000 hab 50000 hab 50000 hab Superficial 1 A cada 2 horas Subterrâneo 1 semanal Superficial ou Subterrâneo Superficial 1 Trimestral Subterrâneo 1 Semestral Cianotoxinas Superficial 1 Semanal quando contagem de cianobactérias³ 20000 célulasmL Superficial 14 44 84 Subterrâneo 14 24 34 Anual Semestral Semestral Superficial ou Subterrâneo Superficial ou Subterrâneo Superficial ou Subterrâneo Superficial ou Subterrâneo Parâmetro Tipo de Manancial Nº Amostras Frequência Produtos secundários da desinfecção3 Gosto e odor Turbidez Residual de desinfetante1 Cor aparente pH Dispensada a análise Semestral Demais parâmetros 89 1 Semestral 16 16 16 Trimestral Cloreto de Vinila7 1 Semestral 1 1 1 16 Mensal Epicloridrina4 1 Mensal 16 16 16 Mensal Dispensada a análise Dispensada a análise Bimestral Acrilamida5 1 Mensal 16 16 Fluoreto2 1 A cada 2 horas Dispensada a análise Dispensada a análise Conforme 3º do Art 42 Saída do Tratamento Sistema de distribuição reservatórios e redes População abastecida Número de amostras Frequência Padrões de qualidade e de potabilidade Amostragem Coliformes Totais 26 Saída do Tratamento 5000 5000a10 000 10000 a 50000 50000 a 80000 80000 a 130000 130000 a 250000 250000 a 340000 340000 a 400000 400000 a 600000 600000 a 1140000 1140000 244 1 para cada 20000 habitantes Subterrâneo Semanal 127 1 para cada 5000 habitantes 187 1 para cada 10000 habitantes Máximo de 400 Tipo de Manancial Número de amostras por unidade de tratamento 5 10 1 para cada 1000 habitantes 25 1 para cada 2000 habitantes 1 1 para cada 1250 habitantes 40 1 para cada 2000 habitantes 115 1 para cada 5000 habitantes 47 1 para cada 2500 habitantes Sistema de distribuição reservatórios e rede População abastecida Superficial Duas amostras semanais Exercício de Aplicação 1 Para uma cidade ou conjunto de cidades determine as quantidades anuais de análises mínimas previstas na saída do tratamento e no sistema de distribuição para Coliformes Totais Cloro Residual Livre Cor Aparente pH e Fluor 27 Panorama das tecnologias de tratamento de água A arte de selecionar uma tecnologia de tratamento adequada à água que se possui classe e à água que se pretende ter padrão demanda analises exames e ensaios em bancada e em laboratóriospiloto para uma solução técnica e economicamente viável O objetivo do tratamento deve ser sempre tornar a água potável ou seja atrativa e segura para consumo removendo ou inativando organismos patogênicos substâncias químicas turbidez gosto cor odor etc 28 Dimensões de retenção Panorama das tecnologias de tratamento de água Isso deve ser realizado visando atender ao Padrão de Potabilidade vigente prevenir a cárie dentária fluoretação e proteger o sistema de distribuição da corrosão e incrustação através de etapas básicas Clarificação uso ou combinação de processos de coagulação floculação sedimentação flotação e filtração Desinfecção para inativação de organismos patogênicos Fluoretação para prevenção da cárie dentária Estabilização com controle da corrosividade ou capacidade de incrustação pH Processos especiais eventualmente necessários para remoção de contaminantes como substâncias químicas orgânicas e inorgânicas inclusive metais pesados e agrotóxicos 30 Panorama das tecnologias de tratamento de água As técnicas de clarificação podem ser divididas em 2 grupos 1 Coagulação química filtração rápida águas com valores mais elevados de Cor Turbidez e presença de algas Pode ser subdividido em Filtração descendente Filtração ascendente Dupla filtração Ciclo completo ou tratamento convencional 2 Filtração lenta sem coagulação química águas com boa qualidade como baixa turbidez ou densidade de algas Pode ser utilizada precedida de préfiltração quando houver valores mais altos de Turbidez ou algas mas nunca quando houver problemas com Cor Pode ser subdividido em Filtração lenta Filtração lenta precedida de filtração dinâmica Filtração em múltiplas etapas FIME 31 Panorama das tecnologias de tratamento de água Há ainda o processo de flotofiltração utilizado em águas com elevada concentração de algas ou Cor onde a água bruta é coagulada e floculada e misturada com água filtrada pressurizada com ar dissolvido que faz a flotação do material sólido Técnicas de Pré Tratamento podem ser eficientes em termos de decantação ou préfiltração para atenuação de picos de Turbidez ou Sólidos suspensos Podem ser utilizados reservatórios de decantação com períodos de detenção superiores a 2 meses leitos de areia e pedregulhos com fluxo ascendente descendente ou horizontal 32 Estações de Tratamento de Água convencionais Noções gerais e elementos básicos de projeto 33 ETA Capim Fino Piracicaba SP Aeração Água normalmente apresenta Nitrogênio Oxigênio Gás carbônico A falta de Oxigênio deixa a água estranha ao paladar enquanto a presença de Gás Carbônico ou Sulfídrico torna a água agressiva A aeração é aplicável a águas subterrâneas de galerias de infiltração ou captadas no fundo de grandes represas A transferência de ar para a água é função da área exposta área de transferência e do tempo de exposição 34 Aeradores Tipo Cascata Empregados para remoção de Gás Carbônico e substâncias voláteis Dimensionamento área da maior plataforma inferior com taxas de 800 a 1000 m³m² a cada 24 horas Permite redução de Cor de 20 a 45 35 Aeradores de Tabuleiro Indicados para oxigenação e oxidação de Ferro e Manganês Consiste de bandejas sobrepostas com material granular e orifícios com boa superfície total de contato Taxas de aplicação de 540 a 1630 m³m² a cada 24 horas 36 Guaíra SP Aeradores de Repuxo Chafariz Mais eficiente na vertical de baixo para cima quando o tempo de exposição é o maior possível Tempo de Exposição 𝑡𝑡 2 𝐶𝐶𝐶𝐶 𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠 2𝐻𝐻 𝑔𝑔 Onde a é o ângulo do aspersor em relação à horizontal Cv é o coeficiente de velocidade do bocal entre 080 a 095 e H a carga hidráulica no bocal em mca Dimensionamento taxas ente 270 e 815 m³m² por dia Remoção de CO2 de até 70 37 Aeradores por Borbulhamento Tanques retangulares por aeração forçada através de tubos ou placas perfuradas Relação ideal LH 2 38 Remoção de Ferro e Manganês Mancham tecidos e aparelhos sanitários Causam sabor desagradável Interferem em processos industriais Causam incrustações nos sistemas de distribuição Permitem o desenvolvimento de bactérias nocivas Processos de remoção normalmente consistem de aeração para que ocorra oxidação e precipitação do Ferro e Manganês seguidos ou não de filtração coagulação ou decantação A técnica deve ser definida em função da concentração e forma da substância a remover 39 Mistura Rápida Finalidade dissolução do coagulante na água da forma mais uniforme e rápida possível Sua eficiência ou falta de definem todo o processo seguinte Agente físico agitação hidráulica ou mecânica Chicanas para prolongar o tempo de contato são empregáveis mas ocupam áreas relativamente grandes e tem caído em desuso 40 São Pedro SP Rio Claro SP ETA 2 Ressaltos Hidráulicos A energia dissipada pela turbulência da água quando da mudança de regimes de escoamento em um ressalto hidráulico é frequentemente empregada para mistura rápida 41 Ressaltos Hidráulicos Perda de Carga no Ressalto 𝐸𝐸 ℎ2ℎ1 3 4ℎ2ℎ1 Condição para Ressalto Hidráulico ℎ2 ℎ1 1 2 1 8 𝐹𝐹1 2 1 Com 𝐹𝐹1 𝑣𝑣1 𝑔𝑔ℎ1 Gradiente de Mistura 𝐺𝐺 𝛾𝛾𝑄𝑄𝐸𝐸 𝜇𝜇𝑉𝑉 𝛾𝛾𝐸𝐸 𝜇𝜇𝑇𝑇 Preferencialmente G 1000s Mínimo G 700s 42 Ressaltos Hidráulicos Tempo de Mistura 𝑇𝑇 2𝐿𝐿 𝑣𝑣1𝑣𝑣2 Onde γ é o peso específico da água 1000 kgfm³ L é o comprimento do ressalto 6 h2h1 e µ a viscosidade dinâmica da água 12x104 kgsm² a 15C Preferencialmente T 1s Energia Disponível na Seção 𝐸𝐸 𝑣𝑣2 2𝑔𝑔 ℎ 43 Mistura Rápida por mudança de declividade em canais retangulares Velocidade na Seção 1 𝐶𝐶1 2 2𝑔𝑔𝐸𝐸𝐸𝐸 3 𝑐𝑐𝑐𝑐𝑠𝑠 𝜃𝜃 3 Com 𝑐𝑐𝑐𝑐𝑠𝑠𝑐𝑐 𝑔𝑔𝑞𝑞 2 3𝑔𝑔𝐸𝐸𝐸𝐸 15 44 Exemplo de Aplicação 2 Verificar as condições de mistura rápida de um canal retangular com mudança de declividade com energia inicial Eo 060m Q 120 Ls e B 080m 45 Exemplo 2 Roteiro 1 Cálculo da vazão específica 𝑞𝑞 𝑄𝑄 𝐵𝐵 2 Velocidade na seção 1 𝑐𝑐𝑐𝑐𝑠𝑠𝑐𝑐 𝑔𝑔 𝑞𝑞 2 3 𝑔𝑔 𝐸𝐸𝑐𝑐 15 𝐶𝐶𝑣 2 2𝑔𝑔 𝐸𝐸𝑐𝑐 3 𝑐𝑐𝑐𝑐𝑠𝑠 𝑐𝑐 3 3 Altura na seção 1 ℎ𝑣 𝑞𝑞 𝐶𝐶𝑣 46 4 Número de Froude na seção 1 𝐹𝐹𝑣 𝐶𝐶𝑣 𝑔𝑔 ℎ𝑣 5 Altura na seção 2 ℎ2 ℎ𝑣 2 1 8 𝐹𝐹𝑣2 1 6 Velocidade na seção 2 𝐶𝐶2 𝑞𝑞 ℎ2 7 Perda de carga no ressalto hidráulico 𝐸𝐸 ℎ2 ℎ𝑣 4 ℎ𝑣 ℎ2 3 Exemplo 2 Roteiro 8 Comprimento do ressalto 𝐿𝐿 6ℎ2 ℎ𝑣 9 Tempo de mistura 𝑇𝑇 2 𝐿𝐿 𝐶𝐶𝑣 𝐶𝐶2 10 Gradiente de velocidade 𝐺𝐺 𝛾𝛾 𝐸𝐸 𝜇𝜇 𝑇𝑇 47 48 Calhas Parshall A Calha Parshall é um canal retangular de seção variável idealizado por Ralph Parshall em 1927 para medição de vazão em canais de irrigação nos EUA através da mudança de regime de escoamento e medição da altura crítica diretamente proporcional a vazão Em função do ressalto hidráulico gerado é também empregada em casos onde é necessária aeração ou mistura rápida de produtos químicos Dimensionamento Range de vazões tabelado Velocidade de entrada 20 ms Descarga deve ser livre não afogada Relação lâminavazão Ho kQn Calhas Parshall 49 Americana Artur Nogueira Sumaré Iracemápolis 50 W pol W cm Min Ls Max Ls A cm B cm C cm D cm E cm F cm G cm K cm N cm k n 3 75 30 55 466 457 178 259 457 152 305 25 57 3704 0646 6 150 60 110 610 610 394 403 610 305 610 76 114 1842 0636 9 229 90 250 880 864 380 575 763 305 457 76 114 1486 0633 1 305 120 460 1372 1344 610 845 915 610 915 76 229 1276 0657 112 460 180 700 1449 1420 762 1026 915 610 915 76 229 0966 0650 2 610 240 1000 1525 1496 915 1207 915 610 915 76 229 0795 0645 3 915 360 1500 1677 1645 1220 1572 915 610 915 76 229 0608 0639 4 1220 480 2000 1830 1795 1525 1938 915 610 915 76 229 0505 0634 5 1525 600 2500 1983 1941 1830 2303 915 610 915 76 229 0436 0630 6 1830 720 3000 2135 2090 2135 2667 915 610 915 76 229 0389 0627 8 2440 960 4000 2440 2392 2745 3400 915 610 915 76 229 0324 0623 Tamanho Vazão Dimensões padronizadas Expoentes Mistura Rápida em Calhas Parshall Energia Disponível na seção de medição 𝐸𝐸𝑐𝑐 𝑣𝑣𝐸𝐸𝑣 2𝑔𝑔 𝐻𝐻𝑐𝑐 𝑁𝑁 Onde 𝐻𝐻𝑐𝑐 𝑘𝑘 𝑄𝑄𝑛𝑛 N k e n são tabelados Velocidade na garganta 𝐶𝐶𝑐𝑐 𝑄𝑄 ℎ𝐸𝐸𝐷𝐷𝐷 Onde 𝐷𝐷𝐷 2 3 𝐷𝐷 𝑊𝑊 𝑊𝑊 D e W são tabelados Perda de Carga na Calha Parshall ℎ𝑓𝑓 𝐸𝐸 𝐻𝐻𝑐𝑐 𝐾𝐾 ℎ3 ℎ3 ℎ2 𝑁𝑁 𝐾𝐾 ℎ2 ℎ1 2 1 8 𝐹𝐹1 2 1 𝐹𝐹1 𝑣𝑣1 𝑔𝑔ℎ1 51 Exemplo de Aplicação 3 Selecionar uma Calha Parshall para a vazão do exemplo anterior Q120 Ls e verificar suas condições de mistura rápida 52 Exemplo 3 Roteiro 1 Dimensionamento da Calha Parshall vide tabela 2 Altura de água na seção de medição 𝐻𝐻𝑐𝑐 𝑘𝑘 𝑄𝑄𝑛𝑛 3 Largura na seção de medição 𝐷𝐷𝐷 2 3 𝐷𝐷 𝑊𝑊 𝑊𝑊 4 Velocidade na seção de medição 𝑉𝑉𝑐𝑐 𝑄𝑄 𝐻𝐻𝑐𝑐 𝐷𝐷𝐷 5 Vazão específica na garganta 𝑞𝑞 𝑄𝑄 𝑊𝑊 53 6 Energia disponível na seção de medição 𝐸𝐸𝑐𝑐 𝑉𝑉𝑐𝑐2 2𝑔𝑔 𝐻𝐻𝑐𝑐 𝑁𝑁 7 Velocidade antes da Calha Parshall 𝑐𝑐𝑐𝑐𝑠𝑠𝑐𝑐 𝑔𝑔 𝑞𝑞 2 3 𝑔𝑔 𝐸𝐸𝑐𝑐 15 𝐶𝐶𝑣 2 2𝑔𝑔 𝐸𝐸𝑐𝑐 3 𝑐𝑐𝑐𝑐𝑠𝑠 𝑐𝑐 3 Exemplo 3 Roteiro 8 Altura da lâmina antes da Calha Parshall ℎ𝑣 𝑞𝑞 𝐶𝐶𝑣 9 Número de Froude antes da Calha Parshall 𝐹𝐹𝑣 𝐶𝐶𝑣 𝑔𝑔 ℎ𝑣 10 Altura do ressalto hidráulico ℎ2 ℎ𝑣 2 1 8 𝐹𝐹𝑣2 1 11 Velocidade no ressalto 𝐶𝐶2 𝑄𝑄 𝑊𝑊 ℎ2 54 12 Altura na seção de saída ℎ3 ℎ2 𝑁𝑁 𝐾𝐾 13 Velocidade na seção de saída 𝐶𝐶3 𝑄𝑄 𝐶𝐶 ℎ3 14 Perda de carga no ressalto hidráulico 𝐸𝐸 𝐻𝐻𝑐𝑐 𝐾𝐾 ℎ3 15 Tempo de mistura 𝑇𝑇 2 𝐺𝐺𝐷 𝐶𝐶2 𝐶𝐶3 16 Gradiente de velocidade 𝐺𝐺 𝛾𝛾 𝐸𝐸 𝜇𝜇 𝑇𝑇 Mistura Rápida mecânica A mistura rápida mecanizada se dá por meio de agitadores tipo Turbina que podem ser axiais ou radiais As mais comuns são as turbinas axiais a 45 cujas relações de dimensionamento são 27 a DTD 33 27 b HD 39 075 hD 13 BD 14 WD 15 LDT 110 55 Mistura Rápida mecânica Volume da câmara de mistura 𝑉𝑉𝑉𝑉𝐿𝐿 𝑄𝑄 𝑡𝑡 Diâmetro da câmara de mistura 𝐷𝐷𝑇𝑇 108 𝑎𝑎 𝑏𝑏 𝑉𝑉𝑉𝑉𝐿𝐿 Profundidade da água 𝐻𝐻 𝑏𝑏 𝑎𝑎 𝐷𝐷𝑇𝑇 Diâmetro da turbina e dimensões das paletas vide relações Potência aplicada kgms 𝑃𝑃 𝜇𝜇 𝑉𝑉𝑉𝑉𝐿𝐿 𝐺𝐺2 Velocidade de rotação RPS 𝑠𝑠 3 𝑔𝑔𝑃𝑃 𝐾𝐾𝛾𝛾𝐷𝐷5 56 Exemplo de Aplicação 4 Dimensionar um misturador rápido mecânico e sua câmara de mistura para uma vazão de 120 Ls gradiente de velocidade de 2000s e tempo de mistura de 2s Adotar relações aDTD3 bHD35 e K5 Roteiro 1 Volume da câmara de mistura 2 Diâmetro da câmara de mistura 3 Profundidade da água 4 Diâmetro da turbina 5 Dimensões das paletas 6 Potência aplicada 7 Velocidade de rotação 57 Difusores Considerando a boa solubilidade dos coagulantes comerciais é a adequada sua aplicação em vários pontos ao invés de um único economizando no comprimento necessário para mistura e alcançando boa dispersão do coagulante em razão direta ao número de aplicações ou seja Tempo de Mistura Tempo Total Número de aplicações 58 Americana SP Natal RN Difusores Para tanto estes difusores devem ter Jato perpendicular ou contra o fluxo Ser aplicado em pontos com velocidade do escoamento superior a 2 ms Diâmetro dos orifícios maior que 3mm Número dos orifícios maior que a área da seção em cm² dividido por 200 Espaçamento máximo entre orifícios de 10cm 59 Coagulantes mais empregados Nome Fórmula Apresentação Concentração em massa Peso específico kgL Cloreto Férrico Fe Cl 3 x 6 H2O Líquido 38 a 40 140 a 142 Sulfato Ferroso Clorado Floculan Fe Cl 3 x Fe2 SO43 Líquido 38 a 40 147 Sulfato Férrico Fe2 SO43 x 9H2O Pó 285 a 315 130 Cloreto de Polialumínio PAC Aln OHm Cl 3nm Pó ou Solução 8 a 25 125 a 140 Sulfato de Alumínio Al2 SO43 x NH2O Pó ou Granulado 13 a 15 06 a 10 Tanato Tanfloc SG Polímero Orgânico Pó ou Líquido 115 a 12 60 Alcalinizantes mais empregados Nome Fórmula Apresentação Observações Cal Hidratada Ca OH2 Pó Vem da cal virgem CaO H2O Ca OH2 Geocálcio Ca OH2 Suspensão Pureza 99 em massa Peso específico 11 KgL Carbonato de Sódio Barrilha Na2 CO3 Pó ou Solução Peso específico 10 a 115 KgL Hidróxido de Sódio Soda Cáustica NaOH Escamas ou Solução Peso específico sólido 21 KgL Peso específico líquido 15 KgL 61 Floculadores Após a mistura rápida do coagulante à água deve haver o encontro entre as partículas até então desestabilizadas eletricamente em flocos com tamanho peso e densidade compatíveis com o método de separação sólidolíquido subsequente decantação flotação ou filtração direta No floculador a turbulência deve ter um gradiente de velocidade bem menor que na mistura rápida por um tempo determinado para que os flocos sejam bem formados e não se rompam antes do decantador 62 Floculadores As variáveis Tempo de Detenção e Gradiente de Velocidade para cada tipo de água devem ser determinadas em ensaios de JarTest Teste de Jarros perfeitamente possíveis e acessíveis atualmente 63 Leme SP Floculadores Todavia a NBR 12216 recomenda os seguintes parâmetros gerais O projeto e operação de floculadores deve considerar Separaçãoconexão entre câmaras evitando caminhos preferenciais e zonas mortas Geometria que não aumente o Gradiente de Velocidade no sentido do escoamento para não haver ruptura dos flocos 64 Parâmetro Recomendação NBR 12216 Gradiente de Velocidade Mínimo 10s Máximo 70s Tempo de Detenção 20 a 30 min para Floculadores Hidráulicos 30 a 40 min para Floculadores Mecanizados Floculadores Mecânicos Gradiente de Velocidade é determinado pela rotação de agitadores que podem ser Paletas de paletas verticais Paletas de paletas horizontais Fluxo axial turbinas 65 Atibaia SP Atibaia SP Floculador de paletas verticais Gradiente de Velocidade 𝐺𝐺 158 𝐶𝐶𝐶𝐶𝑛𝑛3𝑏𝑏𝐿𝐿𝑟𝑟1 3𝑟𝑟2 3 𝜇𝜇𝑉𝑉𝑉𝑉𝐿𝐿 Onde n é a rotação das pás em RPS b é a largura da paleta L é o comprimento da paleta r é o raio de cada paleta µ é a viscosidade dinâmica água a 15C 12x104 m²s VOL é o volume da câmara e Cd é o coeficiente de arrasto em função da geometria das paletas Lb com valores recomendados conforme tabela 66 Cd Lb 116 10 120 50 150 200 190 Infinito Floculador de paletas horizontais Gradiente de Velocidade 𝐺𝐺 79 𝐶𝐶𝐶𝐶𝑛𝑛3𝑏𝑏𝐿𝐿1 3𝐿𝐿2 3 𝜇𝜇𝑉𝑉𝑉𝑉𝐿𝐿 67 Exemplo de Aplicação 5 Qual o Gradiente de Velocidade em uma câmara de floculação cúbica com 40m de lado que possui instalado um agitador de paletas verticais com rotação de 50 RPM e dimensões L 20m b 010m r1 050m r2 10m r3 150m Roteiro 1 Determinação do coeficiente de arraste Cd 2 Ajuste da unidade de rotação 3 Volume da câmara de floculação 4 Verificação do Gradiente de velocidade 68 Floculadores Hidráulicos Nos floculadores hidráulicos a agitação leiase Gradiente de Velocidade é obtida por mudanças sucessivas de direção do escoamento horizontais eou verticais valendose da perda de carga no trecho Possui ajuste do Gradiente de Velocidade mais difícil por depender do tipo e geometria das passagens o que pode ser um problema operacional frente a variações significativas de vazão eou qualidade da água bruta Os tipos mais comuns são Canais ou tubulações inclusive trechos de adutoras Chicanas horizontais ou verticais Floculadores tipo Cox ou Alabama onde as passagens entre câmaras são orifícios submersos Floculadores em meios porosos ou telas instalações de pequeno porte 69 Floculadores Hidráulicos Gradiente de Velocidade 𝐺𝐺 𝛾𝛾𝑣𝑣𝐽𝐽 𝜇𝜇 𝛾𝛾𝐸𝐸 𝜇𝜇𝑇𝑇 Onde gama é o peso específico do fluido água 1000 kgfm³ DE é a perda de carga no trecho µ é a viscosidade dinâmica m²s T é o tempo de floculação J é a perda de carga unitária mm e v a velocidade de escoamento ms 70 Campinas SP Floculadores Hidráulicos Dimensionamento de floculadores de chicanas Velocidades devem estar entre 030 ms no início e 010 ms no final Espaçamento mínimo entre chicanas de 060m para limpeza e manutenção Espaçamento entre a extremidade da chicana e a parede do canal 15 vezes o espaçamento entre chicanas Pode ser concebida com variação dos espaçamentos para diminuição gradativa do Gradiente de Velocidade Variação máxima de Gradiente de Velocidade de 20 71 Cosmópolis SP Floculadores Hidráulicos Número de chicanas Fluxo horizontal 𝑁𝑁 0045 3 𝐻𝐻𝐿𝐿𝐺𝐺 𝑄𝑄 2 𝑇𝑇 Onde H é a profundidade do canal L é o comprimento do canal G é o Gradiente de Velocidade 1s Q é a vazão em m³s T é o tempo de floculação em minutos e N é o número de canais entre chicanas Fluxo vertical 𝑁𝑁 0045 3 𝑎𝑎𝐿𝐿𝐺𝐺 𝑄𝑄 2 𝑇𝑇 Onde a é a largura do canal em metros 73 Holambra SP Exemplo de Aplicação 6 Dimensionar um floculador de chicanas de fluxo vertical para Q 012 m³s largura de canal a 05m comprimento do canal L 10m tempo de floculação de 25 min com Gradiente de Velocidade de 30s Roteiro 1 Número de canais 2 Espaçamento entre canais 74 Decantadores Tratase de uma das técnicas mais antigas de clarificação da água regida por dois tipos de partículas Discreta não sofre alteração de tamanho ou de forma durante a sedimentação Floculenta há interação entre os flocos com formação de flocos com velocidade maior durante o trajeto na sedimentação É comum nos processos de coagulação química 75 Decantadores 76 Sumaré SP Atibaia SP Nova Odessa SP Piracicaba SP Decantadores Taxa de Aplicação Superficial TAS NBR 122161992 Obs se não houver bom nível operacional recomendase TAS 25 m³m²dia 77 Capacidade da ETA TAS m³m²dia Até 1000 m³dia 116 Ls 25 De 1000 a 10000 m³dia 116 Ls 35 Acima de 10000 m³dia 40 Decantadores Relações geométricas recomendadas para decantadores de fluxo horizontal Relação Lh 18 Usual 35m h 45m Relação Lb Recomendado 225 Lb 10 Usual 3 Lb 4 78 Exemplo de Aplicação 7 Dimensionar um decantador simples de fluxo horizontal para a vazão de 120 Ls considerando relações Lh 15 e Lb 3 Roteiro 1 Volume diário de tratamento 2 Seleção TAS 3 Área superficial do decantador 4 Comprimento do decantador 5 Largura do decantador 6 Dimensões finais 79 Decantadores de Alta Taxa A introdução de módulos dutos ou placas no interior de decantadores originou os chamados decantadores de alta taxa a partir da década de 1960 que permitem TAS de até cerca de 150 m³m²dia Embora tenha a vantagem de ocupar áreas sensivelmente menores que os decantadores convencionais encontra a desvantagem de ter reduzido também o seu Tempo de Detenção o que prejudica O ajuste de problemas operacionais antes que a água seja encaminhada para consumo tempo de resposta Absorção de picos de consumo K2 ou de qualidade da água Estes decantadores possuem tempos de detenção inferiores a 1 hora enquanto os decantadores horizontais convencionais variam entre 2 a 4 horas A remoção de lodo de forma mecânica ou manual deve ser realizada antes que metais ou outras substâncias possam solubilizar na água 80 Decantadores de Alta Taxa O comprimento L de um decantador de alta taxa pode ser determinado por 𝐿𝐿 𝑄𝑄 𝑏𝑏 𝑓𝑓 𝐾𝐾 𝑉𝑉𝑠𝑠 Com Q é a vazão em m³s e b é a largura do decantador O termo f é o fator de área adimensional dado por 𝑓𝑓 𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑐𝑐 𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑐𝑐 𝑙𝑙 𝑑𝑑 𝑐𝑐𝑐𝑐𝑠𝑠𝑐𝑐 𝑠𝑠 Onde θ é o ângulo dos elementos tubulares em relação à horizontal em graus l e d são respectivamente o comprimento e diâmetro do elemento tubular ou espaçamento entre placas Observação a relação ld deve ser maior ou igual a 12 81 Decantadores de Alta Taxa S é um fator de eficiência função do tipo de elementos K é um fator de correção da velocidade de sedimentação Vs Vs é a velocidade de sedimentação em ms determinada em laboratório ou em sua ausência estimada por 82 Elemento S Placas planas 1 Tubos circulares 43 Tubos quadrados 118 Capacidade da ETA K Até 1000 m³dia 050 De 1000 a 10000 m³dia 070 Acima de 10000 m³dia 080 Capacidade da ETA Vs cmmin Até 1000 m³dia 174 De 1000 a 10000 m³dia 243 Acima de 10000 m³dia 280 Exemplo de Aplicação 8 Determinar o comprimento mínimo de um decantador de alta taxa com tubos circulares de 20m de comprimento e 10 cm de diâmetro inclinados a 65 considerando uma largura do tanque de 50m Vazão da ETA 120 Ls Roteiro 1 Verificação do Fator de área ld sempre maior que 12 2 Cálculo de f 3 Capacidade diária da ETA e coeficientes 4 Comprimento mínimo L 5 Verificação da TAS 83 Filtração É um processo de remoção de sólidos por meios principalmente físicos mas também biológicos e químicos através da passagem da água por um meio granular estacionário Os filtros podem ser divididos em 84 Filtros Lentos 2 a 6 m³m²dia Filtros Rápidos 1 camada areia Taxa de 120 a 360 m³m²dia recomendado 180 m³m²dia 2 camadas areiaantracito Taxa de 240 a 600 m³m²dia recomendado 360 m³m²dia Filtração 85 Filtro lento Corumbataí SP Filtro rápido Leme SP Filtração O tipo tamanho e número de filtros deve ser bem determinado através de ensaios de tratabilidade considerando Tamanho da ETA capacidade Etapas de implantação e ampliação no mínimo 3 filtros na 1ª etapa Arranjo para operação e lavagem Borda livre 025 a 040m Carga hidráulica sobre leito filtrante o 1 camada 140 a 180m comum 160m o 2 camadas 180 a 240m comum 220m Altura do leito filtrante o 1 camada 060 a 080m comum 070m o 2 camadas antracito 045 a 070m comum 055m areia 015 a 030m comum 025m o Camada base pedregulho 030 a 055m comum 050m 86 Filtração Fundo falso e tubulação de lavagem Saída da água de filtração bocais orifícios ou blocos perfurados 87 Área da câmara m² Diâmetro da tubulação de lavagem mm Altura mínima do fundo falso m 25 125 050 75 200 050 10 250 050 15 300 055 20 350 060 30 400 065 45 500 075 65 600 085 80 700 095 Lavagem dos filtros Critérios Perda de carga Turbidez do efluente Métodos Reservatório de água de lavagem gravidade ou recalque Carga de filtro vizinho Mistura ar e água Parâmetros Velocidade 080 a 090 mmin Duração 3 a 6 minutos Com a retrolavagem ocorre a expansão do material filtrante que não deve ser pequena para que não ocorra uma limpeza eficiente nem tão grande para evitar mistura ou perda de material das camadas 88 Turim Itália Exemplo de Aplicação 9 Esboçar um sistema de filtração composto de 4 câmaras com filtros de 2 camadas para uma vazão de 120 Ls Roteiro 1 Volume diário de tratamento 2 Taxa de filtração TF 3 Área total dos filtros 4 Área de cada filtro 5 Dimensões do filtro 6 Dimensões da tubulação de lavagem 89 Filtros Ascendentes Consistem na passagem de águas normalmente com baixa turbidez por gravidade ou recalque de forma ascendente de baixo para cima através do meio filtrante Pode receber coagulante antes da filtração e coagular no meio filtrante A retrolavagem ocorre em sentido inverso ou seja na descendente Considerada a perda de carga máxima no filtro e instalações o mesmo recalque pode conduzir a água tratada para reservatórios de distribuição Normalmente são empregados em processos auxiliares ou na clarificação em pequenas comunidades 90 Desinfecção Empregada após a clarificação da água para destruição ou inativação de organismos patogênicos Os mais empregados são Cloro Vantagens Eficiente contra vírus e bactérias Efeito residual relativamente estável Baixo custo Manuseio simples Grande disponibilidade no mercado 91 Desinfecção Desvantagens Limitado contra protozoários e helmintos Na presença de matéria orgânica pode formar subprodutos tóxicos principalmente Trihalometanos THM Quando em doses elevadas produz odor e sabor fortes É corrosivo Potencialmente perigoso na forma de gás Apresentação cilindros de 40 68 e 900 kg líquido 92 Piracicaba SP Santa Barbara dOeste SP Desinfecção Princípios da cloração Quando o Cloro gás reage com a água Cl2 H2O HO Cl H Cl Ácido hipocloroso Ácido Clorídrico O HO Cl se dissocia facilmente na água sendo a forma do Cloro predominante função do pH pH 50 Cloro molecular Cl2 50 pH 75 HO Cl pH 75 Íon Hipoclorito O Cl Estas duas últimas formas compõem o chamado Cloro Livre que tem poder desinfetante muito superior ao do Cloro combinado razão pela qual NUNCA SE CLORA ÁGUA COM pH BAIXO 93 Desinfecção Desinfecção Ocorre também o consumo demanda de Cloro em reações com substâncias orgânicas e inorgânicas da água cujo saldo é denominado Cloro Residual que pode estar na forma livre ou combinada Anexo XX da Portaria de Consolidação nº 5 do MS Cloro Residual Livre em qualquer ponto do sistema deve ser igual ou superior a 02 mgL Na prática companhias buscam 05 mgL Recomendações para uma boa desinfecção com Cloro Turbidez 05 UT pH 80 Tempo de Contato 30 min Cloro Residual Livre 05 mgL 95 Desinfecção Dióxido de Cloro Vantagens Mais potente contra alguns protozoários Não forma THM Eficiência mais estável em faixa mais ampla de pH Desvantagens Na presença de matéria orgânica pode formar outros subprodutos tóxicos clorito Também pode produzir odor e sabor quando em doses elevadas Operação mais delicada e complexa 96 Desinfecção Ozônio Vantagens Também é mais potente contra protozoários Menor risco de formação de subprodutos tóxicos Não provoca sabor e odor Possui relação residual desinfetante tempo de contato melhor que do Cloro Desvantagens Não apresenta poder residual Custo elevado energia elétrica Aplicação mais sofisticada 97 Tratamentos Complementares Estabilização da Água A água pura é muito corrosiva o que pode incorporar metais ou outras substâncias indesejáveis à água ou atacarincrustar o sistema de abastecimento Para tanto recomendase pH saturação com CaCO3 Manter Sulfatos 250 mgL Polifosfatos Reduzem tuberculização e corrosão de tubulações metálicas mas atacam tubos em fibrocimento e o revestimento interno de tubos de ferro fundido 98 Tratamentos Complementares Fluoretação Pouco Flúor cárie dentária Muito Flúor fluorose Há relação entre fluoretação e saúde pública mas há polêmica sobre obrigatoriedade Dosagem ideal 07 mgL Portaria MS Brasil 15 mgL máximo SP Resolução SS65 é mais restritiva 06 a 08 mgL Aplicação Fluorsilicato de Sódio pó pouco solúvel 765 gL Ácido Fluorsilícico líquido e mais solúvel mas muito corrosivo 99 Casa de Química Funções Depósito de produtos químicos Local para preparo de produtos químicos Local para carga e dosagem Laboratório de controle operacional CCO administração e serviços auxiliares Dosadores de cloro devem estar em recintos próprios Não é permitido alojamento na área da ETA 100 Leme SP Campinas SP Casa de Química Recomendações Gerais de layout Largura mínima das portas dos depósitos de 120m correr ou abrir para fora Empilhamento máximo de sacarias manual 180m mecânico 300m Dutos de produtos químicos não deve ser embutidos na parede Laboratório deve estar próximo à área de dosagem bem como o centro de operação Armazenamento para período mínimo de 30 dias Depósitos com ventilação natural ou forçada 101 Casa de Química Dependências Mínimas Capacidade 10000 m³dia Capacidade 10000 m³dia Depósito de produtos químicos X X Depósito de Cloro X X Sala de Dosagem X X Laboratório X X Sala de Dosagem de Cloro X Sanitário com chuveiro X X Copa X Local para Manutenção X 102 Tratamento de lodo em ETAs Lodo sólidos suspensos na água bruta produtos químicos resultantes do tratamento Fontes Decantadores eou flotadores Filtros Geração 02 a 5 do volume tratado Gestão 20 a 60 dos custos operacionais Utilidade Alto teor de matéria orgânica Considerado insumo e não resíduo 103 Piracicaba SP Santa Bárbara dOeste SP Tratamento de lodo em ETAs Lodo químico Sulfato de alumínio e PAC Sedimenta com relativa facilidade Difícil compactação alto volume e baixo teor de sólidos Quanto menos Al OH3 mais fácil de adensar daí a necessidade de boa mistura rápida floculação e decantação Sulfato e Cloreto Férrico Mais fáceis de adensar 104 Lodo adensado Santa Bárbara dOeste SP Tratamento de lodo em ETAs Técnicas de tratamento de lodo Separação sólidolíquido Destinação adequada Adensamento Objetivo remoção de umidade Adensadores 16 a 32 m³m²dia BAG TS 25 abertura de 007 a 014mm e Q de até 5 m³m²h Centrifugação Aceleração de 500 a 3000 g Custo e Consumo de Energia Elétrica elevados Manutenção elevada TS 35 105 Valinhos SP Tratamento de lodo em ETAs Desaguamento Filtro prensa custos menores de aquisição energia elétrica e instalação Porém possui elevado nível de ruído e produção de aerossol ambiente insalubre Leito de secagem TS 40 Tratamentos Térmicos estabilização e redução de volume Secagem térmica Incineração 106 Rio Claro SP Tratamento de Esgoto Qualidade dos despejos líquidos Resolução CONAMA nº 4302011 esgoto sanitário é a denominação genérica para despejos líquidos residenciais comerciais águas de infiltração na rede coletora os quais podem conter parcela de efluentes industriais e efluentes não domésticos Os esgotos domésticos são compostos aproximadamente de 999 de líquido e o restante 01 de material sólido A composição dos esgotos depende de várias situações como do uso das águas de abastecimento que varia com o clima os hábitos e as condições sócio econômicas da população e da presença de efluentes industriais infiltração de águas pluviais idade das águas residuárias 107 Características do Esgoto Características Físicas 108 Parâmetro Descrição Ligeiramente superior à da água de abastecimento Variação conforme as estações do ano mais estável que a temperatura do ar Influência na atividade microbiana Influência na solubilidade dos gases Influência na viscosidade do líquido Esgoto fresco ligeiramente cinza Esgoto séptico cinza escura ou preta Esgoto fresco odor oleoso relativamente desagradável Esgoto séptico odor fétido devido ao gás sulfídrico e a outros produtos da composição Despejos industriais odores caracteristicos Causa por uma grande variedade de sólidos em suspensão Esgotos mais frescos ou mais concentrados geralmente maior turbidez Turbidez Temperatura Cor Odor Características do Esgoto Características Químicas 109 Características do Esgoto 110 Parâmetro Descrição Determinação Indireta DBO5 Demanda Bioquímica de Oxigênio Medida há 5 dias 20ºC Está associada á fração biodegradavel dos componentes orgânicoscarbonáceos É uma medida do oxigênio consumido após 5 dias pelos microrganismos na estabilização bioquímica da matéria orgânica Demanda Química de Oxigênio Representa a quantidade de oxigênio requerida para estabilizar quimicamente a matéria orgânica carbonácea Utiliza fortes agentes oxidantes em composição ácidas Demanda última de Oxigênio Representa o consumo total de oxigênio ao final de vários dias requerido pelos microrganismos para a estabilização bioquímica da matéria orgânica Carbono Orgânico Total É uma medida direta de matéria orgânica carbonácea É determinado através da conversão do carbono orgânico a gás carbônico DQO DBO Determinação Direta COT Características do Esgoto 111 Nitrogênio total inclui o nitrogênio orgânico amônia nitrito e nitrato É um nutriente indispensável para o desenvolvimento dos microrganismos no tratamento biológico O nitrogênio orgânico e a amônia compreendem o denominado Nitrogênio Total Kjeldahl NTK Nitrogênio na forma de proteína aminoácidos e uréia Protegida como primeiro estágio da decomposição do nitrogênio orgânico Estágio intermediário da oxidação da amônia Proticamente ausente no esgoto bruto Produto final da oxidação da amônia Praticamente ausente no esgoto bruto O fósforo total existe na forma orgânica e inorgânica É um nutriente indispensável no tratamento biológico Combinado à matéria orgânica Ortofosfato e polifosfato FÓSFORO Fósforo orgânico Fósforo inorgânico NITROGÊNIO TOTAL Nitrogenio orgânico Amônia Nitrito Nitrato Características do Esgoto 112 p pH Indicador das características ácidas ou básicas do esgoto uma solução é neutra em pH7 Os processos de oxidação biológica normalmente tendem a reduzir o pH Alcalinidade Indicador da capacidade tampão do meio resistência às variações do pH Devido à presença de bicarbonato corbonato e íon hidroxila OH Cloretos Provenientes da água de abastecimento e dos dejetos humanos Óleos e Graxas Fração da matéria orgânica solúvel em hexanos Nos esgotos domésticos as fontes são óleos e gorduras utilizadas nas comidas g Características do Esgoto Características Biológicas Os principais organismos encontrados nos rios e esgotos são as bactérias os fungos os protozoários os vírus as algas e grupos de plantas e de animais O organismo mais utilizado como indicador de poluição é do grupo das bactérias coliformes As bactérias coliformes são típicas do intestino do homem e de outros animais de sangue quente e justamente por estarem sempre presentes no excremento humano 100 a 400 bilhões de coliformeshabitantedia e serem de simples determinação são adotadas como referência para indicar e medir a grandeza da poluição 113 Características do Esgoto 114 Microrganismos Descrição Bactérias Organismos protistas unicelulares Apresentamse em várias formas e tamanhos São os principais responsáveis pela estabilização da matéria orgânica Algumas bactérias são patogênas causando principalmente doenças intestinais Fungos Organismos aeróbios multicelulares não fotossintéticos heterotróficos Também de grande importância na decomposição da matéria orgânica Podem crescer em condições de baixo pH Protozoários Organismos unicelulares sem parede celular A maioria é aeróbia ou facultativa Alimentamse de bactérias algas e outros microrganismos São essenciais no tratamento biológico para a manutenção de um equilíbrio entre os diversos grupos Alguns são patogênos Vírus Organismos parasitas formados pela associação de material genético DNA ou RNA e uma carapaça protéica Causam doenças e podem ser de difícil remoção no tratamento da água ou do esgoto Helmintos Animais superiores Ovos de helmintos presentes nos esgotos podem causar doenças Contaminação e eutrofização A eutrofização é o crescimento excessivo de plantas aquáticas tanto planctônicas quanto aderidas a níveis tais que inferiram com os usos desejáveis do corpo dágua causado pelo excesso de nutrientes normalmente nitrogênio e fósforo devido a Ocupação por matas e florestas Ocupação por agricultura Ocupação urbana 115 Contaminação e eutrofização Problemas da eutrofização Estéticos e recreacionais Condições anaeróbias do corpo dágua que acabam por solubilizar o ferro e manganês que causam problemas ao abastecimento de água Mortandades de peixes por anaerobiose ou presença de amônia Maior dificuldade no tratamento de água por algas cor sabor e odor Toxicidade de algumas algas Redução na navegação e capacidade de transporte Assoreamento 117 Graus de trofia Classe de trofia Concentração de fósforo mgm³ Ultraoligotrófico 8 Oligotrófico 819 Mesotrófico 1952 Eutrófico 52120 Supereutrófico 120233 Hipereutrófico 233 118 Para fins de abastecimento de água um ambiente Oligotrófico é desejável e um ambiente Mesotrófico é tolerável Demanda Bioquímica e Oxigênio DBO É a quantidade de oxigênio requerida para oxidar a matéria orgânica biodegradável contida em uma amostra por ação bioquímica aeróbia Representa o teor de matéria orgânica biodegradável presente no efluente em O2L O teste mede o O2 utilizado durante um período específico de incubação para a degradação bioquímica de matéria orgânica DBO carbonácea para oxidar material inorgânico como Fe e S DBO imediata e para oxidar formas reduzidas de nitrogênio como amônia e nitrito DBO nitrogenada 119 Demanda Bioquímica e Oxigênio DBO O teste de DBO é longo vários dias e para se ter uma resposta mais rápida convencionouse realizálo em 5 dias subestimandose a demanda de oxigênio Caso o teste fosse conduzido por um tempo maior o valor seria mais estável Esse valor é denominado DBO520C pois é mantida a temperatura constante de 20C Para esgoto doméstico a ordem de grandeza da DBO520C do esgoto bruto costuma variar entre 300 e 600 mgL dependendo da diluição por intrusão de águas subterrâneas ou pluviais nos coletores mas podendo atingir valores até da ordem de 1000 mgL 120 Demanda Química de Oxigênio DQO É a quantidade de oxigênio requerida para oxidar a fração orgânica de uma amostra susceptível à oxidação por um oxidante químico forte em meio ácido expressa em O2L A demanda de oxigênio medida nesse ensaio pode ser exercida por substâncias biodegradáveis ou não Devido à facilidade de determinação a DQO passou a ser um parâmetro muito difundido tanto para a caracterização de efluentes como para o monitoramento de ETEs 121 Demanda Química de Oxigênio DQO A vazão DQODBO5 fornece indicações sobre a biodegradabilidade de um efluente Valores na faixa de 15 a 25 sugerem que os poluentes presentes no efluente são majoritariamente biodegradáveis Valores superiores a 5 sugerem que a presença de poluentes não biodegradáveis é bastante acentuada e processos físicoquímicos e não só biológicos devem ser considerados para tratamento do efluente 122 Carbono Orgânico Total COT Determinado por método instrumental caro e específico permite separar o carbono total CT e o carbono inorgânico CI dado que o teor de carbono é um indicador da presença de matéria orgânica em um efluente 123 Parâmetro Vantagens Desvantagens DQO tempo de análise curto 3 h materiais tóxicos não afetam o oxidante bom indicador de poluição orgânica em efl contendo metais pesados e cianetos correlacionase com DBO de efl com composição constante DBO informa real potencial poluidor do efluente em termos de matéria orgânica método que mais se aproxima do ambiente natural qdo sem luz adequada é usada COT tempo de análise curto alguns minutos podese estabelecer relações entre DQO e COT interferência de íons cloreto contaminada c adição de HgSO4 alguns comp orgânicos não são oxidados piridina benzeno amônia erro 510 materiais tóxicos matam os morgs diluição compatível e inóculo pequeno e adaptado tempo de análise longo 5 d no teste padrão interferência de algas c luz liberam O2 no meio e sem luz liberam substs que não estavam presentes no meio necessidade de controle de pH e temperatura não informa real potencial poluidor do efluente equipamento de alto custo analisador COT necessidade de remoção de material particulado e cloretos interferência de NO3 SO4² PO4³ remoção de Cl métodos químicos pode remover Carbono Orgânico volátil Óleos e graxas O teor de óleos e graxas é um indicador global representativo de um grupo de substâncias com características físicas semelhantes determinadas com base em sua solubilidade em um solvente orgânico Inclui compostos de enxofre certos corantes orgânicos e clorofila 125 Sólidos Sólidos totais são formados pelo resíduo que permanece após evaporação da amostra e secagem a 103105C Sólidos dissolvidos ou filtráveis são a porção dos sólidos que passa através de um filtro de 20 micrômetros ou menos a partir do filtrado da amostra Sólidos em suspensão ou não filtráveis são o resíduo retido após a filtração Sólidos sedimentáveis são determinados para controlar o assoreamento dos corpos hídricos e consistem no material em suspensão que sedimenta após 1h em cone Imhoff 126 Cone Imhoff Sólidos Outros parâmetros de caracterização dos efluentes Nitrogênio na forma molecular N2 orgânico na norma de amônia NH3 ou NH4 ou nitritos NO2 e nitratos NO3 É um alimento indispensável para o crescimento das algas favorecendo a eutrofização Implica em consumo de oxigênio na conversão da amônia a nitrito e nitrato Na forma de amônia é tóxico aos peixes e na forma de nitrato está associado a doenças como a metahemoglobinemia Fósforo também é um nutriente importante para o crescimento de algas e plantas e está associado à eutrofização Oxigênio dissolvido abaixo de 05 mgL há condições anaeróbias 129 Sólidos Totais Outros parâmetros de caracterização dos efluentes Patogênicos bactérias protozoários e vírus sendo relevantes aqueles organismos indicadores de contaminação fecal dos quais destacase o grupo coliformes que podem ser divididos em Coliformes totais CT grande grupo de bactérias que inclui as fecais Coliformes fecais ou termotolerantes CF presentes nas fezes de humanos e animais de sangue quente destacandose a Escherichia coli 130 Sólidos Suspensos Totais Características gerais dos esgotos domésticos brutos 131 Não Sedimentáveis Exemplo de Aplicação 10 Os 14000 habitantes de uma comunidade geram uma carga per capita de DBO de 54 ghabdia e uma contribuição de esgotos de 180 Lhabdia Qual a carga e concentração de DBO nos esgotos Roteiro Carga 𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑔𝑔𝑐𝑐 𝑝𝑝𝐸𝐸𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑎𝑎𝑝𝑝𝐸𝐸 ℎ𝑎𝑎𝑏𝑏 𝑐𝑐𝑎𝑎𝑟𝑟𝑔𝑔𝑎𝑎 𝑝𝑝𝑝𝑝𝑟𝑟 𝑐𝑐𝑎𝑎𝑝𝑝𝑐𝑐𝑐𝑐𝑎𝑎 𝑔𝑔 ℎ𝑎𝑎𝑎𝑎𝐶𝐶𝑐𝑐𝑎𝑎 1000 𝑔𝑔𝑘𝑘𝑔𝑔 𝑠𝑠𝑒𝑒 𝑘𝑘𝑔𝑔𝑑𝑑𝑑𝑑𝑐𝑐 Concentração 𝑐𝑐𝑐𝑐𝑠𝑠𝑐𝑐𝑠𝑠𝑠𝑠𝑡𝑡𝑐𝑐𝑐𝑐𝑝𝑝𝑐𝑐 𝑐𝑐𝑎𝑎𝑟𝑟𝑔𝑔𝑎𝑎 𝑝𝑝𝑝𝑝𝑟𝑟 𝑐𝑐𝑎𝑎𝑝𝑝𝑐𝑐𝑐𝑐𝑎𝑎 𝑔𝑔 ℎ𝑎𝑎𝑎𝑎𝐶𝐶𝑐𝑐𝑎𝑎 1000 𝐿𝐿 𝑚𝑚3 𝑐𝑐𝐸𝐸𝑐𝑐𝑎𝑎 𝑝𝑝𝑝𝑝𝑟𝑟 𝑐𝑐𝑎𝑎𝑝𝑝𝑐𝑐𝑐𝑐𝑎𝑎 𝐿𝐿 ℎ𝑎𝑎𝑎𝑎𝐶𝐶𝑐𝑐𝑎𝑎 𝑠𝑠𝑒𝑒 𝑔𝑔𝑒𝑒𝑚 132 Voláteis Autodepuração de corpos de água É de grande importância o conhecimento do fenômeno de autodepuração dos corpos receptores e sua quantificação com os seguintes objetivos Utilizar a capacidade de assimilação dos rios até limite seguro que não crie problemas ambientais Impedir lançamentos acima do que o rio possa suportar preservando o limite estabelecido 133 Fixos 134 A autodepuração é um processo que se desenvolve ao longo do tempo e dividido em quatro principais zonas Zona de degradação 2 Zona de decomposição ativa 3 Zona de recuperação 4 Zona de águas limpas 1 e 5 Sedimentáveis Legislação A Constituição Federal de 1988 no Capítulo VI descreve no Artigo 225 que todos têm direito ao meio ambiente ecologicamente equilibrado bem de uso comum do povo e essencial à sadia qualidade de vida impondose ao Poder Público e à coletividade o dever de defendêlo e preserválo para as presentes e futuras gerações No Estado de São Paulo o Decreto Estadual 8468 de 08 de Setembro de 1976 dispõe sobre a prevenção e controle da poluição do meio ambiente e traz os padrões exigidos para o lançamento dos efluentes em corpos dágua 135 Voláteis Legislação O CONAMA nº 357 de 2005 dispõe sobre as restrições para o lançamento de efluentes conforme a classificação dos corpos dáguas Nas águas doces de classe especial deverão ser mantidas as condições naturais do rio 136 Parâmetros Unid Med Classe 1 Classe 2 Classe 3 Classe 4 pH 6 a 9 6 a 9 6 a 9 6 a 9 OD mgL 6 5 4 2 DBO mgL 3 5 10 Turbidez UNT 40 100 100 Nitrato mgL 10 10 10 Nitrito mgL 10 10 10 Coliformes Nº100 200 1000 4000 Sólidos Dis Totais mgL 500 500 500 Fixos Padrões de lançamento Resolução CONAMA 3572005 principais 137 Parâmetro Limite pH 5 a 9 Temperatura 40C Materiais sedimentáveis 1 mLL em 1 hora Materiais flutuantes Ausência Óleos minerais 20 mgL Óleos vegetais e gorduras animais 50 mgL Sólidos Dissolvidos Totais Padrões de lançamento Decreto Estadual 84681976 principais 138 Parâmetro Limite pH 5 a 9 Temperatura 40C Materiais sedimentáveis 1 mLL em 1 hora Substâncias solúveis em hexana 100 mgL DBO 520 60 mgL ou eficiência 80 Voláteis Processos de tratamento de esgoto sanitário 139 Fixos Tratamento Preliminar É a primeira etapa do tratamento cuja finalidade é a remoção de sólidos grosseiros e areia a fim de que estes não danifiquem as tubulações e os sistemas de bombeamento protegendo dessa forma as próximas etapas do processo Os mecanismos básicos de remoção são de ordem física sendo que o fluxo típico do esgoto nesse nível de tratamento corresponde à passagem do efluente em uma grade para remover sólidos grosseiros em um desarenador para remover areia através do processo de sedimentação e por um medidor de vazão 140 Tratamento Preliminar Canal Afluente Finalidades Reunião de contribuições Regularização de fluxo Instalação de extravazor saída para poço pulmão ou bypass Instalação de stoplogs Remoção de sólidos grosseiros grade de limpeza manual ou mecânica cesto triturador ou peneira Medição inspeção e manutenção Velocidade sempre maior que 040 ms Grade de barras 143 Gradeamento Os dispositivos de remoção de sólidos grosseiros grades são constituídos de barras de ferro ou aço paralelas posicionadas transversalmente no canal de entrada da água bruta na elevatória perpendiculares ou inclinadas dependendo do dispositivo de remoção do material retido As grades devem permitir o escoamento sem produzir grandes perdas de carga Deve ser de limpeza mecanizada quando Q 250 Ls ou o volume de material retido justificar mecanização Quantidade mínima 2 com bypass Remoção de sólidos grosseiros Desarenador 145 Gradeamento Classificação Dimensão das barras Largura 4 mm a 10 mm Comprimento 25 mm a 75 mm Remoção de areia 146 Gradeamento Inclinação das barras Verticais ou inclinadas Limpeza manual 45º ou 60º Limpeza mecanizada 70º a 90º Velocidade de passagem pela grade Limpeza mecanizada 06 ms a 12 ms Limpeza manual 06 ms a 09 ms Velocidade de aproximação no canal a montante da grade No mínimo 04 ms Perda de carga máxima considerando obstrução de 50 Limpeza mecanizada 015 m Limpeza manual 010 m Calha Parshall 147 Gradeamento Dimensionamento do gradeamento Método para Esgoto Bruto Área útil da grade Onde S é a área do canal de entrada a é o espaçamento entre as barras e t a espessura das barras Velocidade de aproximação Velocidade na grade Perda de carga na grade a t a S Au S Q Vo Au Q Vg g Vo Vg H 2 70 1 2 2 Medição de vazão Exercício de Aplicação 11 Dimensione o canal de entrada e tratamento preliminar gradeamento calha Parshall e caixa de areia para uma Estação de Tratamento de Esgoto com vazão de 35 Ls 148 Gradeamento Poços de sucção Volume útil volume entre o NA min e o NA Max Volume efetivo volume entre o fundo do poço e o NA máximo Tempo de detenção média menor possível sendo recomendado 30 min Dimensões e forma a Não permitir a formação de vórtice Não permitir descarga livre na entrada Não permitir velocidade de aproximação às bombas superior a 060 ms Não permitir caminhos preferenciais Não permitir zonas mortas ou pontos de depósito Facilitar manutenção e operação Poços de sucção Considerações práticas A geratriz inferior da tubulação de entrada no poço deve estar em cota igual ou superior ao NA máx A geratriz inferior do extravazor deve estar em cota igual ou superior a geratriz superior da tubulação de entrada no poço Recomendase NA máx NA min 060m O NA min deve garantir submergência e afogamento das bombas normalmente pelo menos 3 DN 150 Poços de sucção Poço de sucção Cálculo do volume útil mínimo VUmin QbT4 Onde Qb vazão da bomba m³min T tempo de ciclo min cujo valor ideal é da ordem de 10 partidashora ou seja T 6 min 152 Poço de sucção Verificação do tempo de detenção Td VEQmin Onde VE volume efetivo útil outros Qmin vazão afluente mínima ao poço m³min Obs Td deve ser sempre inferior a 30 min 153 Poço de sucção Sequência Operacional das Bombas As bombas operação reserva deverão operar alternadamente através de um sistema de comando que permita o revezamento automático entre elas através da seguinte sequência operacional 154 Remoção de Areia Desarenador Os desarenadores são responsáveis pela remoção de sólidos com diâmetros inferiores aqueles removidos pelo sistema de gradeamento no entanto superior ao diâmetro dos sólidos dissolvidos contida nos efluentes domésticos 155 Cerquilho SP Remoção de Gordura Caixa de gordura A caixa separadora de água e óleo é a unidade destinada à retenção de gorduras e materiais que flotam naturalmente sendo portanto um método puramente físico O princípio de separação ocorre pela diferença de densidade entre a água e o óleo A caixa deve ser construída de forma que o líquido tenha permanência tranquila durante o tempo em que as partículas a serem removidas percorram desde o fundo até a superfície líquida 156 EPAR Alcântara Lisboa Medição de Vazão Ao determinar a vazão de entrada ou saída podese utilizar de vários métodos disponíveis manual ou digital contudo o mais tradicional em estações de tratamento ainda é a Calha Parshall 157 Piracicaba SP Tratamento Primário Os esgotos ainda contêm sólidos em suspensão não grosseiros cuja remoção pode ser feita em unidades de sedimentação denominadas decantadores Os esgotos fluem lentamente pelos decantadores deixando que os sólidos suspensos de maior densidade sedimentem gradativamente no fundo formando o lodo primário bruto Os materiais flutuantes como graxas e óleos de menor densidade são removidos na superfície A eliminação média do DBO é de 30 158 Sorocaba SP Tratamento Secundário No tratamento secundário predominam os mecanismos biológicos e o objetivo é principalmente a remoção de matéria orgânica não sedimentável e eventualmente nutrientes como nitrogênio e fósforo Os processos de tratamento secundário são concebidos de forma a acelerar os mecanismos de degradação que ocorrem naturalmente nos corpos receptores Assim a decomposição dos poluentes orgânicos degradáveis é alcançada em condições controladas em intervalos de tempo menores do que nos sistemas naturais Após as fases primária e secundária a eliminação de DBO deve alcançar 90 159 Tratamento Terciário Esta etapa consiste na remoção de poluentes tóxicos ou não biodegradáveis ou eliminação adicional de poluentes não degradados na fase secundária Grande parte dos microrganismos patogênicos é eliminada nas etapas anteriores mas não a sua totalidade A desinfecção total pode ser feita pelo processo natural através de lagoa de maturação por exemplo ou artificial via cloração ozonização ou radiação ultravioleta 160 Tecnologias de tratamento de esgoto sanitário 161 Lagoas Facultativas As lagoas facultativas são a variedade mais simples dos sistemas de lagoas de estabilização Basicamente o processo consiste na retenção dos esgotos por um período de tempo longo o suficiente para que os processos naturais de estabilização da matéria orgânica se desenvolvam O termo facultativa é designado à dualidade ambiental que caracteriza esse tipo de sistema apresentando condição aeróbia na superfície e condição anaeróbia em camadas próximas ao fundo Na zona aeróbia próxima à superfície da lagoa a matéria orgânica é degradada por bactérias aeróbias que são supridas de oxigênio por reações fotossintéticas realizadas pelas algas e pela reaeração superficial 162 Lagoas Facultativas Já a zona anaeróbia no fundo da lagoa é constituída de matéria orgânica sedimentada formando o lodo onde se desencadeiam as reações bioquímicas por meio da digestão anaeróbia produzindo gases como dióxido de carbono metano e sulfeto de hidrogênio os quais se deslocam para a superfície podendo se desprender para a atmosfera As principais vantagens e desvantagens das lagoas facultativas estão relacionadas a predominância dos fenômenos naturais estes processos são confiáveis no entanto a natureza é lenta necessitando de longos tempos de detenção para que as reações se completem usualmente superior a 20 dias o que implica em grandes requisitos de área 163 Lagoas Facultativas Desta forma as lagoas de estabilização são mais apropriadas onde a terra é barata o clima favorável e se deseja ter um método de tratamento que não requeira equipamentos ou capacitação especial dos operadores A eficiência deste sistema atinge valores de 70 a 85 na remoção de DBO 164 Capivari SP Lagoas Facutativas Exercício de Aplicação 12 Dimensione uma Lagoa Facultativa para vazão de 35 Ls 3024 m³dia com as seguintes características Número de lagoas N 2 Largura de cada lagoa B 98m População Pop 20000 hab DBO afluente So 350 mgL Sólidos em suspensão afluente SSaf 80 mgL Estimativa de DBO particulada 035 mgL a cada mgSSL Temperatura no mês mais frio T 23ºC Taxa de Aplicação Superficial TAS 220 kgDBOhadia Profundidade H 18m Remoção DBO a 20ºC K 035d Coeficiente de temperatura t 105 Acúmulo de lodo AL 005 m³hab CoefSegurança para Área Bruta CA 13 Horizonte de projeto 20 anos 166 Facultativas Lagoas Anaeróbias As lagoas anaeróbias são responsáveis pelo tratamento primário dos esgotos sendo dimensionadas para receber cargas orgânicas elevadas impedindo assim a presença de oxigênio dissolvido no meio líquido e garantindo dessa forma condições estritamente anaeróbias no interior da lagoa Esse sistema não depende de ação fotossintética das algas e suas condições ótimas ocorrem na ausência de oxigênio podendo assim ser construídas com maior profundidade variando de 35 a 5 m e menor área superficial de maneira a promover a condição de anaerobiose O tempo de detenção hidráulica é superior a 3 dias 167 Lagoas anaeróbias seguida de lagoas facultativas sistema australiano As lagoas facultativas apesar de possuir uma eficiência satisfatória requer como comentado uma grande área Uma solução para redução da área total requerida é a conciliação de lagoas anaeróbias seguidas por lagoas facultativas Esse arranjo de lagoas também é conhecido como sistema australiano O requisito de área total é tal que se obtém uma economia de área da ordem de 13 comparado a uma lagoa facultativa convencional 168 Lagoas anaeróbias seguida de lagoas facultativas sistema australiano 169 Brotas SP Lagoas anaeróbias seguida de lagoas facultativas sistema australiano As bactérias anaeróbias têm uma taxa metabólica e de reprodução mais lenta do que as bactérias aeróbias Assim sendo para um período de permanência de apenas 3 a 5 dias na lagoa anaeróbia a decomposição da matéria orgânica é apenas parcial Mesmo assim essa remoção da DBO da ordem de 50 a 60 apesar de insuficiente representa grande contribuição aliviando a carga da lagoa facultativa a jusante que por sua vez pode ter suas dimensões bem reduzidas 170 Lagoas anaeróbias seguida de lagoas facultativas sistema australiano Sua eficiência na remoção de DBO é ligeiramente superior comparada à lagoa facultativa única na ordem de 70 a 90 No entanto eventuais problemas na operação podem causar problemas com odores por tal motivo esse tipo de sistema normalmente está localizado em áreas distantes de residências 171 Exercício de Aplicação 13 Dimensione um Sistema Australiano para vazão de 35 Ls 3024 m³dia com as seguintes características Lagoa Anaeróbia Número de lagoas N 2 Largura de cada lagoa B 23m População Pop 20000 hab DBO afluente So 350 mgL Taxa de Aplicação Volumétrica Lv 015 kgDBOm³dia Eficiência de remoção de DBO desejada E 60 Profundidade H 45m Acúmulo de lodo AL 004 m³hab Horizonte de projeto 20 anos 172 Anaeróbia Facultativa Exercício de Aplicação 13 Lagoa Facultativa Número de lagoas N 2 Largura de cada lagoa B 62m População Pop 20000 hab DBO afluente vem da anaeróbia So 140 mgL Sólidos em suspensão afluente SSaf 80 mgL Estimativa de DBO particulada 010 mgL a cada mgSSL Temperatura no mês mais frio T 23ºC Taxa de Aplicação Superficial TAS 220 kgDBOhadia Profundidade H 18m Remoção DBO a 20ºC K 035d Coeficiente de temperatura t 105 Acúmulo de lodo AL 003 m³hab CoefSegurança para Área Bruta CA 13 Horizonte de projeto 20 anos 173 Lagoas Aeradas Facultativas A introdução de oxigênio no meio com auxílio de equipamentos mecanizados caracteriza as lagoas aeradas que podem ser facultativas aeradas ou de mistura completa O mecanismo de remoção de DBO da lagoa facultativa aerada é similar ao de uma lagoa facultativa convencional no entanto o oxigênio é fornecido por aeradores mecânicos ao invés de fotossíntese e reaeração superficial Ainda por se tratar de uma lagoa facultativa mesmo com a aeração forçada os sólidos tendem a sedimentar onde serão decompostos anaerobicamente no fundo da lagoa 174 Lagoas Aeradas Facultativas O tempo de detenção do efluente nesse sistema pode ser menor 5 a 10 dias comparado com o sistema convencional usualmente superior a 20 dias ou seja o requisito de área é bem inferior No entanto com a mecanização no processo as lagoas aeradas são menos simples em termo de operação e manutenção além disso temse a introdução de consumo de energia elétrica que os outros sistemas não necessitam 175 Lagoas Aeradas de Mistura Completa As lagoas aeradas de mistura completa se caracterizam pelo volume de oxigenação inserido no meio líquido fazendo com que haja turbulência suficiente para que todos os sólidos permaneçam em suspensão daí vem o nome mistura completa Por tal motivo toda lagoa aerada de mistura completa deve ser seguida de uma lagoa de decantação para que ocorra a sedimentação e estabilização destes sólidos 176 Lagoas Aeradas de Mistura Completa O tempo de detenção nas lagoas aeradas é da ordem de 2 a 4 dias e nas lagoas de decantação da ordem de 2 dias Este sistema ocupa uma menor área que outros sistemas compostos por lagoas Os requisitos energéticos são maiores que os exigidos por outros sistemas compostos por lagoas Sua eficiência na remoção de DBO está na ordem de 70 a 90 177 Capivari SP Lagoas de Decantação Como mencionado no item anterior as lagoas de decantação fazem o papel de remoção dos sólidos em suspensão produzidos nas lagoas aeradas a montante mas não contribuem para remoção bioquímica adicional de DBO Dentro da lagoa existem dois volumes distintos um destinado à clarificação e outro ao armazenamento e digestão do lodo O tempo de detenção é baixo 2 dias para evitar o crescimento de algas As lagoas de decantação possuem profundidade maior que 3 metros para permitir uma camada aeróbia acima do lodo 178 Lagoas de Maturação É uma alternativa bastante econômica para a desinfecção de efluentes seu objetivo é a remoção de patógenos pouca remoção adicional de DBO Fora do intestino humano os organismos patógenos tendem a morrer Fatores como temperatura insolação pH escassez de alimento organismos predadores competição compostos tóxicos contribuem para morte deles O dimensionamento das lagoas de maturação se vale da utilização de alguns dos mecanismos citados para esse fim 179 Lagoas de Maturação A pequena profundidade da lagoa de maturação 08 a 15 metros visa maximizar os efeitos bactericidas da luz solar radiação ultravioleta bem como da fotossíntese resultando na elevação do pH Essas lagoas são comumente implantadas em serie para se obter a eficiência desejada 180 Lagoas Resumo Lagoas Resumo Reatores Anaeróbios Os sistemas anaeróbios são processos biológicos alcançados na ausência de oxigênio nos quais diversos tipos de microorganismos específicos agem na conversão de compostos orgânicos complexos em compostos mais simples como o metano e o gás carbônico A formação de metano é desejável uma vez que devido à sua baixa solubilidade na água contribui para a diminuição da matéria orgânica dissolvida na fase líquida 183 Filtro anaeróbio O tanque séptico ou filtro anaeróbio é uma unidade que desempenha as funções múltiplas de sedimentação e de remoção de materiais flutuantes óleos graxas e outro materiais mais leves formando uma camada de escuma além de comportarse como digestor de baixa carga Estes tanques são ainda amplamente utilizados em todo o mundo consistindose em uma das principais alternativas para o tratamento primário de esgotos de residências e pequenas áreas não servidas por redes coletoras 184 Filtro anaeróbio Reator anaeróbio de manta de lodo UASB Os reatores anaeróbios de manta de lodo são também frequentemente denominados de RAFA sigla em português para Reatores Anaeróbios de Fluxo Ascendente ou de UASB sigla em inglês para Upflow Anaerobic Sludge Blanket O Reator UASB é uma tecnologia na qual a entrada do a fluente localiza se no fundo do reator e o processo ocorre em fluxo ascendente como seu próprio nome sugere 186 Reator anaeróbio de manta de lodo UASB 187 Salto SP Reator anaeróbio de manta de lodo UASB 188 Reator anaeróbio de manta de lodo UASB A produção de lodo é bem baixa O lodo já sai estabilizado podendo ser simplesmente desidratado em leito de secagem Sua eficiência na remoção de DBO é na ordem de 65 a 75 189 Reator anaeróbio de manta de lodo UASB Embora os reatores UASB incluam amplas vantagens principalmente no que se refere a requisitos de área simplicidade e baixo custo de projeto implantação operação e manutenção algumas desvantagens ainda são atribuídas ao mesmo como A possibilidade de emanação de maus odores Baixa capacidade do sistema de tolerar cargas tóxicas Elevado intervalo de tempo necessário para partida do sistema Necessidade de uma etapa de póstratamento 190 Exercício de Aplicação 14 Dimensione um sistema de tratamento composto de UASB seguido de lagoa de maturação para vazão de 35 Ls 3024 m³dia com as seguintes características Lagoa Anaeróbia Número de reatores N 2 Largura de cada lagoa B 23m População Pop 20000 hab DBO afluente 350 mgL DQO afluente 700 mgL Tempo de detenção t 8 horas 0333 dia Altura útil do reator H 5m Área de influência de cada tubo de distribuição Ai 24 m² Diâmetro dos tubos de distribuição d 20 cm Largura do compartimento de decantação L 3 m Largura do decantador de gases a cada 2 decantadores Lc 03 m 191 UASB Maturação Exercício de Aplicação 14 Lagoa Anaeróbia continuação Taxa de SST por DQO afluente SST 010 kgSSTkgDQO Teor de sólidos TS 4 Densidade típica D 1020 kgSSTm³ Lagoa de maturação Tempo de decantação na lagoa de maturação T 7 dias Profundidade da lagoa de maturação hm 08 m Largura da lagoa de maturação Bm 100 m Horizonte de projeto 20 anos 192 Lodos Ativados O processo é constituído de duas unidades o tanque de aeração e o decantador secundário No tanque de aeração ocorre a decomposição aeróbia do substrato orgânico solúvel e a formação de flocos biológicos para posterior sedimentação no decantador secundário A elevada concentração de biomassa no tanque de aeração é mantida através da recirculação dos sólidos sedimentados no decantador secundário possibilitando a maior permanência da biomassa no sistema e a garantia de uma elevada eficiência na remoção da matéria orgânica 193 Lodos Ativados Parcela dos sólidos sedimentados e não recirculados é removida do processo o que caracteriza a produção excedente de lodo que deve ser espessado estabilizado e desidratado O tanque de aeração é dotado de dispositivos de aeração ar difuso ou aeradores superficiais para o fornecimento do oxigênio necessário ao processo de estabilização biológica aeróbia O decantador secundário apresenta configuração similar ao decantador primário O processo de lodos ativados pode ou não ser precedido do tratamento primário 194 Lodos Ativados Lodos Ativados Lodos Ativados Esse sistema é muito utilizado em todo mundo para tratamento de esgotos tanto domésticos como industriais quando se necessita de elevada qualidade do efluente e reduzido requisito de área No entanto o sistema implica em alto consumo de energia elétrica e operação cuidadosa pois utiliza grande quantidade de equipamentos eletromecânicos Há algumas variações deste sistema onde as mais comuns são lodos ativados convencional lodos ativados por aeração prolongada e lodos ativados por fluxo intermitente batelada O tratamento do lodo excedente é parte integrante do processo de lodos ativados 197 Lodos Ativados Convencional Fluxo Continuo No sistema convencional para se economizar energia para a aeração parte da matéria orgânica dos esgotos passível de sedimentação é retirada em um decantador primário Assim o sistema de lodos ativados convencional tem como parte integrante o tratamento primário além do tratamento preliminar A idade do lodo é usualmente na ordem de 4 a 10 dias e o tempo de detenção hidráulica no reator na ordem de 6 a 8 horas Com esta idade do lodo a biomassa excedente requer ainda uma etapa de estabilização no tratamento do lodo 198 Lodos Ativados Convencional Fluxo Continuo 199 Lodos Ativados Convencional Fluxo Continuo Uma variação para o tratamento primário é a precipitação química onde é utilizado um produto químico para aumentar a eficiência da decantação primária Essa modalidade de tratamento permite uma maior remoção de carga orgânica no tratamento primário podendose contar com unidades de processo menores no tratamento secundário e consequentemente um menor custo de implantação Sua eficiência na remoção de DBO neste sistema é na ordem de 85 a 95 200 Lodos Ativados por Aeração Prolongada Fluxo Continuo O processo é semelhante ao sistema lodos ativados convencional porém utiliza um tanque de aeração maior onde a biomassa fica mais tempo e de onde já sai estabilizada Com isso procurase evitar neste tipo de sistema a geração de alguma outra forma de lodo que venha a requerer posterior estabilização Por isso os sistemas de aeração prolongada usualmente não possuem decantadores primários para evitar a necessidade de se estabilizar o lodo primário o que consequentemente minimiza a necessidade de implantação de unidade de digestão de lodo 201 Lodos Ativados por Aeração Prolongada Fluxo Continuo A idade do lodo é usualmente na ordem de 18 a 30 dias e o tempo de detenção hidráulica no reator na ordem de 16 a 24 horas Com esta idade do lodo a biomassa excedente não necessita de estabilização no tratamento do lodo Sua eficiência na remoção de DBO neste sistema é na ordem de 93 a 98 202 Lodos Ativados por Aeração Prolongada Fluxo Continuo 203 Lodos Ativados por Fluxo Intermitente Batelada O processo consiste em um ou mais reatores de mistura completa onde ocorre todas as etapas de tratamento Isso é possível através do estabelecimento de ciclos de operação com duração definida A biomassa permanece no reator eliminando desta forma a necessidade de decantadores separados Um sistema de lodos ativados fluxo intermitente possui ciclos bem definidos de operação São estes Enchimento entrada de esgoto bruto ou decantado no reator Reação aeração da massa liquida contida no reator Sedimentação sedimentação e separação dos sólidos em suspensão do esgoto tratado Descarte do efluente tratado retirada do esgoto tratado do reator Repouso ajuste de ciclos e remoção do lodo excedente Este sistema pode funcionar tanto como um de lodos ativados convencional como um de aeração prolongada 204 Lodos Ativados por Fluxo Intermitente Batelada 205 Lodos Ativados por Fluxo Intermitente Batelada A figura apresenta um sistema que recebem vazão ao longo de todas as horas do dia necessitando de mais de três reatores trabalhando em paralelo cada um em um diferente ciclo operacional O primeiro está em processo de reação aeração o segundo está decantando enquanto o terceiro está enchendo 206 Exercício de Aplicação 15 Dimensione uma sistema de Lodos Ativados convencional considerando os seguintes parâmetros de projeto 207 Decantadores Primários Reatores aeróbios Decantadores secundários Exercício de Aplicação 15 208 Número de decantadores primários NDP 2 Número de reatores NR 2 Número de decantadores secundários NDS 2 Vazão mínima Qmin Ls 10 Vazão máxima Qmáx Ls 80 Vazão média Q Ls 35 Vazão média Q m³dia 3024 Taxa de SS por DBO afluente Yobs kgSSkgDBO 035 Taxa de aplicação superficial do decantador primário TAS1 m³m²dia máximo 120 90 Taxa de aplicação superficial do decantador secundário TAS2 m³m²dia 20 Tempo de detenção mínimo TDmin para Q máximo h 1 Tempo de detenção máximo TDmax para Q média h 6 Concentração de DBO kgm³ 035 DBO in natura DBO kgdia DBOQ 133056 Eficiência do decantador primário E 30 Fator de carga F kgDBOkgSSdia típico de 016 a 040 022 Relação AM kgDBOkgSSVdia típico de 02 a 05 028 Concentração de SS Xt kgm³ 32 Concentração de SS no secantador secundário Xr kgm³ 8 Concentração de SSV X kgm³ típico de 15 a 30 kgm³ 256 Taxa de transferência de oxigênio TO2 kgO2CVhora 09 Largura do tanque de aeração B m 5 Densidade do lodo dl kgm³ 1200 Se aeradores de superfície Número de aeradores por tanque Na 2 Se ar difuso Massa específica do ar Ma kgm³ 12 Porcentagem de O2 no ar CO2ar 2320 Rendimento do soprador n 8 Filtros Biológicos A matéria orgânica é estabilizada biologicamente pela ação de organismos aeróbios que apresentam capacidade de aderência a um meio suporte inerte pedras e plástico Os esgotos são aplicados na superfície do filtro biológico e escoam em sentido descendente através dos espaços vazios existentes no meio suporte Segundo a trajetória percorrida os esgotos entram em contato com a biomassa aderida biofilme sendo a parcela solúvel da matéria orgânica decomposta aerobicamente 209 Filtros Biológicos O biofilme aderido ao meio suporte cresce à medida que o oxigênio gradiente de temperatura entre o interior do reator e ambiente externo e o substrato orgânico são disponibilizados A indisponibilidade de oxigênio e de substrato para os organismos inicialmente estabelecidos no biofilme causa o seu desprendimento do meio suporte e a formação do floco biológico para posterior remoção no decantador secundário O processo de filtração biológica aeróbia deve ser precedido de tratamento primário 210 Filtros Biológicos 211 EPAR Alcântara Lisboa Filtros Biológicos Os parâmetros de dimensionamento de um filtro biológico percolador são a taxa de aplicação superficial hidráulica também conhecida como carga hidráulica e a taxa de aplicação orgânica volumétrica também conhecida como carga orgânica volumétrica A classificação mais moderna e atual apresenta somente 3 classes determinadas baixa intermediária e alta taxa sendo a última classe ainda dividida em função dos meios suporte utilizados plástico ou pedra 212 Filtros Biológicos 213 Condições Operacionais Baixa Taxa Taxa Intermediária Meio Suporte Pedra Pedra Pedra Plástico Taxa de Aplicação Superficial m³m²d 10 a 40 40 a 100 100 a 400 100 a 750 Taxa de Aplicação Orgânica Kg DBOm³d 01 a 03 02 a 05 04 a 25 05 a 30 Moscas Muitas Médio Pouca Pouca Arraste de Biofilme Intermitente Variável Contínuo Contínuo Profundidade m 15 a 25 15 a 25 15 a 25 40 a 120 Remoção de DBO 80 a 90 80 a 85 80 a 90 80 a 90 Alta Taxa Biodiscos O processo consiste de uma série de discos ligeiramente espaçados montados num eixo horizontal Os discos giram vagarosamente e mantêm em cada instante cerca de metade da área superficial imersa no esgoto e o restante exposto ao ar 214 Holambra SP Biodiscos Os discos geralmente são construídos em material plástico de baixo peso com diâmetros que podem variar de 1 a 36 metros Quando o sistema é colocado em operação os microrganismos no esgoto começam a aderir as superfícies rotativas e ali crescem até que toda a superfície do disco esteja coberta por uma camada biológica com poucos milímetros de espessura À medida que os discos giram a parte exposta ao ar ao retornar a imersão incorpora oxigênio ao efluente 215 Biodiscos Com a passagem dos microrganismos aderidos á superfície do disco pelo esgoto estes absorvem uma nova quantidade de matéria orgânica utilizada para sua alimentação Quando as cargas biológicas nos discos atingem uma espessura excessiva elas se descolam da superfície dos discos Esses organismos são mantidos em suspensão no meio liquido devido a movimentação dos discos isso aumenta a eficiência do sistema Sua eficiência na remoção de DBO é na ordem de 85 a 93 embora apresente por vezes sinais de instabilidade 216 Membranas As membranas servem como barreira física para sólidos em suspensão e microorganismos substituindo a clarificação no tratamento de esgoto convencional A água limpa ou o permeado flui através das membranas por meio de bombeamento que cria vácuo no interior da fibra O lodo ativado concentrado permanece no tanque de membrana sendo reciclado de volta para o processo biológico a fim de manter a concentração desejada no tanque e nas diversas etapas do tratamento biológico 217 EPAR Capivari II Campinas SP Produção de lodo Tratamento do Lodo de Esgoto Adensamento gravidade Estabilização digestores Condicionamento Desaguamento leitos de secagem filtros prensa ou centrífugas Higienização Compostagem Digestão aeróbia Secagem térmica Estabilização alcalina cal 219 Centrífuga Filtro Prensa Leito de Secagem Tipo de tratamento Quantidade de lodo produzido m³habano Disposição Final do Lodo de Esgoto Reuso Industrial Incineração Conversão em Óleo Combustível Disposição no Solo Disposição em Aterro Sanitário Landfarming Recuperação de Áreas Degradadas Reciclagem Agrícola e Florestal 220 Exercício de Aplicação 16 Faça uma análise econômica de custos de investimento e operacionais CAPEX e OPEX para as ETEs projetadas considerando espessura de paredes em concreto de 15 cm e os seguintes parâmetros 221 Investimentos Item Valor unitário Unidade Aferir em projeto Concreto 50000 Rm3 Volume m³ Escavação 1000 Rm3 Volume m³ Área bruta 15000 Rm2 Área bruta m² Energia Elétrica 100000 RCV Potência instalada CV Lona para revestimento lagoa 500 Rm² Área útil m² Diversos 1000 Rm² útil Área útil m² Operação Item Valor unitário Unidade Aferir em projeto Operador 25000 Rdia Diasano Energia Elétrica 100 RkWh kWhano Lodo 30000 Rm³ m³ano Fim Obrigado dmanzigmailcom