Dimensionamento de Tratamento Preliminar de Efluentes Líquidos de Abatedouro Suíno - Estudo de Caso

GAM102 Exemplo de dimensionamento de tratamento preliminar de efluentes líquidos PROBLEMA Dimensionar um sistema de tratamento preliminar composto por medidor de vazão tipo Parshall grade desarenador e caixa de gordura para tratar as águas residuárias de um abatedouro onde são abatidos 600 suínos por dia e serão tratados também na mesma estação de tratamento ETE os efluentes sanitários dos 60 funcionários O abatedouro faz a separação do sangue e destina para a compostagem após o cozimento do mesmo O turno de trabalho é de 15 h por dia RESOLUÇÃO Passo 1 Considerações e Caracterização inicial Se o abatedouro estivesse instalado deveríamos ir in loco para fazer uma medição de vazão ao longo do turno de trabalho a cada hora por exemplo E coletar amostras compostas para caracterizar a água residuária qualitativamente Como o abatedouro está em projeto devemos buscar informações sobre as características qualitativas e quantitativas do mesmo Neste caso as características qualitativas podem ser em termos macro ou seja é de conhecimento que um efluente de abatedouro possui sólidos grosseiros suspensos e dissolvidos provenientes das águas de limpeza com sangue e resíduos intestinais gorduras e muita matéria orgânica Para o tratamento preliminar nos interessa saber que apresentam sólidos grosseiros e gordura que serão removidos no tratamento preliminar Quanto à vazão é importante conhecer o processo produtivo adotado no presente abatedouro conversar com o proprietário quais serão as expectativas de consumo de água e os procedimentos que serão adotados no abate E buscar também referências na literatura Após uma busca na literatura podese definir que para cada suíno abatido são gerados 850 L de águas residuárias E para cada funcionário são gerados 70 litros de esgoto em cada turno de trabalho Passo 2 Definir a vazão de águas residuárias geradas e a vazão média e máxima A vazão média diária de águas residuárias do abatedouro será 600 animais d 0850 m3 animal 510 m3 d A vazão média diária de esgoto dos funcionários será 60 funcionários 0070 m3 funcionário 42 m3 d A vazão média diária de água residuária a ser tratada será Vazão média 510 m3 d 42 m3 d 5142 m3 d Para determinar a vazão máxima de um efluente agroindustrial em projeto não é simples se fosse esgoto doméstico seria só aplicar os coeficientes k1 k2 e k3 Assim um possível levantamento de quais horas do dia em que serão realizados os procedimentos que mais utilizam água tornamse importante No presente exemplo consideramos como vazão máxima todo o volume de água gasto e consequentemente toda a água residuária gerada num intervalo de tempo de 15 horas ou seja o período de um turno de trabalho Sabese que dentro destas 15 horas de trabalho provavelmente haverá um período de maior geração de águas residuárias o que se conseguirá com uma avaliação mais específica do projeto a ser desenvolvido mas que não teremos condições de avaliar com os dados apresentados Deste modo Vazão média 5142 m3 d 24 h d 21425 m3 h 60 L s Vazão máxima 5142 m3 d 15 h d 3428 m3 h 95 L s Passo 3 Estabelecimento de um medidor de vazão tipo Parshall A partir do modelo de medidor Parshall apresentado na aula podemos definir o medidor de vazão que contemple a vazão máxima e mínima do exercício Neste caso precisase de um medidor que contemple a vazão máxima Qmáx 95 L s1 Em relação à vazão mínima não definimos mas neste caso atendendo a vazão máxima atenderá a vazão mínima Observando a Tabela o medidor que atende ao exercício é o primeiro medidor primeira linha com W 76 cm em que W é a largura da garganta do medidor de vazão Definido o medidor de vazão devemos calcular a altura máxima da lâmina dágua no medidor de vazão hmáx hmáx 𝑄𝑚á𝑥 22 𝑊 2 3 00095 m3 s 22 0076𝑚 2 3 015m Passo 4 Estabelecimento das medidas da grade e do canal de inserção da grade Por ser uma vazão pequena 100 L s1 adotaremos uma grade de limpeza manual com inclinação ϴ 60º e espaçamento entre grades a 10 mm em função dos sólidos a serem removidos espessura da grade t 127 mm ½ polegada em função de resistência das barras diâmetro comercial de ferragem e menor perda de carga e velocidade da água na grade de 07 m s 1 Cálculo da área útil da grade livre entre barras AU Qmáx VG 00095 m3 s 07 m s 001357m2 Au área útil livre entre barras m2 Q vazão de água residuária máxima m3 s1 VG velocidade de escoamento máxima m s1 AU Soma do espaço livre entre as barras AU X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 X8 S Área total da seção livre do canal sem grade Cálculo da seção do canal S 𝑆 AU a t a 001357 10 127 10 00308039 m2 S seção do canal m2 a espaçamento entre barras cm t espessura das barras cm x1 x2 x3 x4 x5 x6 x7 x8 Cálculo da perda de carga na grade hf 143 2VG2 V0 2 2g VG velocidade da água através das barras m s1 V0 velocidade da água a montante das barras m s1 g aceleração da gravidade 98 m s2 V0 Qmáx S 00095 m3 s 00308039m2 031 m s hf 143 2 072 0312 2 98 01358 m Definição da largura do canalgrade B SBhmáx B S hmáx 00308039 m2 015 m 021 m Devese considerar que a altura máxima da lâmina dágua no canal será de 015 m Entretanto como em qualquer unidade de tratamento este canal deverá ter uma folga Ou seja um espaço capaz de suportar qualquer perturbação na coluna dágua Normalmente esta folga varia de 010 a 020 m Um estudo de como se comportam os picos de vazão ao longo do dia podem resultar em um valor mais adequado No presente exemplo adotaremos uma fola de 015 m Assim a altura total H do canal será de H hmáx folga 015 m 015 m 030 m Definição do número de barras Ne Nb 1 B Largura do canal L Ne número de espaçamento entre barras L Nb número de barras B Ne a Nb t A perda de carga atende ao exigido na NBR 122092011 hf 015 m grade limpeza manual O valor de B obtido foi de 021 m Por questões práticas construtivas considerouse 025 m Ne Nb 1 1 B Ne a Nb t 2 Substituindo 1 em 2 B Nb 1 a Nb t B aNb a Nb t B a aNb tNb Nb B a a t 025 001 001 00127 106 barras Ne 106 1 116 espaços Como o número de barras não foi inteiro pode se adorar Nb igual a 10 ou 11 espaços Considerando Nb igual a 10 espaços teremos 11 espaços Assim recalculando o espaçamento entre barras a teremos B Nb 1 a Nb t 025 10 1 a 10 00127 a 0011 𝑚 Calculando o tamanho comprimento da grade X X H 𝑠𝑒𝑛 𝜃 030 𝑚 𝑠𝑒𝑛 60 𝑋 035 𝑚 Altura total da grade B largura do canal Altura útil da grade a t Corte longitudinal do canal Grade ϴ Nível da água h Altura útil H Altura total da gradecanal V0 VG RESUMINDO A grade ficará instalada em um canal de alvenaria com 025 m de largura e 030 m de altura total A grade terá 10 barras de ½ polegada e 11 espaços com 0011 m A grade será instalada com inclinação de 60 e terá comprimento total de 035 m A altura útil altura máxima da lâmina dágua será de 015 m Passo 5 Estabelecimento das medidas do desarenador Vimos que para o dimensionamento de um desarenador o tempo de sedimentação de uma partícula areia tem que ser menor ou igual ao tempo de detenção hidráulica ou seja o tempo que a água leva para percorrer o desarenador Assim as partículas sedimentação antes de sair do desarenador E que a velocidade horizontal Vh no desarenador é de 030 m s1 enquanto a velocidade de sedimentação VS de uma partícula de areia é de 002 m s1 Vimos ainda que por questão de segurança alguns autores recomendam um fator de segurança de 50 Então L225 ℎ𝑚á𝑥 L Comprimento do desarenador m hmáx altura máxima da água no canal utilizar a altura da lâmina dágua para a vazão máxima obtida no medidor Parshall m L225 015 𝑚 34 𝑚 𝑉ℎ 𝑄𝑚á𝑥 𝑆 𝑄𝑚á𝑥 𝐵 ℎ𝑚á𝑥 B 𝑄𝑚á𝑥 𝑉ℎ ℎ𝑚á𝑥 B 00095 m3 s 030 m s 015 𝑚 𝐵 021 𝑚 Vh velocidade horizontal da água no desarenador m s1 Qmáx Vazão máxima de água residuária m3 s1 S Área da seção do canal m B largura da seção do canal m As dimensões do desarenador construído em duplicata serão 021 m de largura e 030 m de altura total com altura útil de 015 m Lembrando que deve haver um rebaixamento de 020 m no fundo do canal além dos 030 m de altura para acúmulo de material sedimentado Lembrese Aqui é hmáx e não H O desarenador pode ser dimensionado desta forma Entretanto a NBR122092011 estabelece que pode trabalhar com uma taxa de aplicação superficial de 600 a 1300 m3 de esgoto por m2 de área superficial do desarenador por dia Passo 6 Dimensionamento da caixa de gordura Como vimos os estudos com caixas de gordura são escassos apesar de ser de grande importância para o tratamento de águas residuárias ricas em óleos e graxas Devemos levar em conta duas variáveis para o dimensionamento Tempo de detenção hidráulica TDH 05 a 20 min Velocidade ascensional da gordura VAS 1 a 15 m h1 No presente exemplo sabidamente o efluente de abatedouro é rico em óleos e graxas Então para que o tratamento seja eficiente tanto na remoção de gordura nesta etapa quanto para reduzir as consequências indesejáveis para as unidades de tratamento sequenciais adotase o maior TDH possível e menores valores de velocidade ascensional Serão adotados TDH 20 minutos e VAS 5 m h1 𝑉𝑜𝑙𝑄𝑚á𝑥 𝑇𝐷𝐻 𝐴𝑆 𝑄𝑚á𝑥 𝑉𝐴𝑆 Vol volume da caixa de gordura m3 Qmáx Vazão máxima de água residuária m3 h1 TDH Tempo de detenção hidráulica h AS Área superficial da caixa de gordura m2 VAS Velocidade ascensional da gordura m h1 𝑉𝑜𝑙3428 m3 h 20𝑚𝑖𝑛 60𝑚𝑖𝑛 1ℎ 𝑉𝑜𝑙1143𝑚3 𝐴𝑆 3428 m3 h 5 𝑚 h 686 𝑚2 Corte longitudinal do canal Grade ϴ Nível da água h Altura útil H Altura total da gradecanal Desarenador Rebaixamento para retenção de areia Tendo o volume e a área superficial podemos calcular a altura h ℎ 𝑉𝑜𝑙 𝐴𝑆 1143 686 170𝑚 Considerando 030 m de folga H 20 m Devese avaliar a velocidade horizontal Vh 36 m h1 para minimizar a deposição de sólidos 𝑉ℎ 𝑄𝑚á𝑥 𝐵 ℎ 𝐵 𝑄𝑚á𝑥 𝑉ℎ ℎ 𝐵 3428 m3 h 36 m h 170 𝑚 056𝑚 Ou seja a largura da caixa de gordura B deverá ser menor ou igual a 056 m 𝑉𝑜𝑙B h L 𝐿 𝑉𝑜𝑙 𝐵 ℎ 𝐿 1143 056 170 𝐿 12 𝑚 Ao observar estas dimensões H x B x L 20 m x 056 m x 12 m verificase que a caixa de gordura dimensionada é uma unidades desforme desproporcional Desta forma ou mantemse a unidade com estas dimensões para minimizar a deposição de sólidos ou ainda poderia alterar as dimensões Entretanto deveria ter uma proposta de manejo com limpezas periódicas do material depositado para minimizar o risco de mau cheiro devido à degradação do material orgânico sedimentado Optando por uma caixa com dimensões mais proporcionais podese exemplificar H x B x L 20 m x 25 m x 25 m