Saneamento II - Tratamento Primário e Sedimentação Decantação Livre

GAM102 SANEAMENTO II Tratamento Primário Sedimentador Tratamento primário Definição operação unitária para remoção por gravidade de partículas finas em suspensão SEDIMENTAÇÃO Quando a queda da partícula não é afetada pela proximidade com a parede do recipiente e com outras partículas o processo é chamado Decantação Livre A operação de separação de um lodo diluído ou de uma suspensão pela ação da gravidade gerando um fluido claro e um lodo de alto teor de sólidos é chamada de Sedimentação A sedimentação ocorre quando a concentração volumétrica das partículas é maior que 40 A decantação livre ocorre quando as concentrações volumétricas de partículas são menores que 02 de 02 a 40 temse Decantação Influenciada Tratamento primário Se as partículas forem muito pequenas existe o Movimento Browniano Ele é um movimento aleatório gerado pelas colisões entre as moléculas do fluido e as partículas Tratamento primário 4 Fases da sedimentação tempo Zona clarificada Zona de concentração uniforme Sólidos sedimentados Zona de transição Zona de concentração nãouniforme Pode acontecer em batelada ou processo contínuo A diferença é que em processo contínuo a situação mostrada na proveta III se mantém permitindo a entrada e saídas constantes III Tratamento primário Sedimentação discreta Tipo 1 As partículas permanecem com dimensão e velocidade constantes ao longo do processo de sedimentação CLASSIFICAÇÃO DOS PROCESSOS DE SEDIMENTAÇÃO Sedimentação floculenta Tipo 2 As partículas se aglomeram e sua dimensão e velocidade aumentam ao longo do processo de sedimentação Sedimentação por compressão Tipo 4 As partículas se compactam como lodo Sedimentação em zona Tipo 3 As partículas sedimentam em massa adição de coagulante As partículas ficam próximas e interagem Tratamento primário Princípio separação em função da diferença no peso específico entre as partículas ou agregados sólidos e o líquido Tratamento primário Diâmetro das partículas Frequência relativa Diâmetro crítico Somente as partículas com diâmetro superior ao diâmetro crítico serão sedimentadas Distribuição dos diâmetros das partículas presentes na suspensão diluída Tratamento primário Diâmetro das partículas Freqüência relativa Diâmetro crítico dp dc Partículas sedimentáveis Nova distribuição dos diâmetros das partículas presentes na suspensão diluída Com a aplicação de agentes coagulantes temse TRATAMENTO PRIMÁRIO QUIMICAMENTE ASSISTIDO OU AVANÇADO Tratamento primário Objetivos OBS em alguns casos pode ser a etapa final de tratamento tanques sépticos são considerados decantadores tratamento secundário remoção de flocos biológicos ou coagulados decantadores secundários tratamento primário remoção de material particulado suspenso decantadores primários Tratamento primário No dimensionamento dos sedimentadores considerase a sedimentação discreta Fa Fg Fe Fe força de empuxo Fa força de atrito Fg força da gravidade m g Fg W g Fe 2 2 2 8 2 l v D C l v A C F a a a m massa da partícula W massa de líquido deslocada g aceleração da gravidade Ca coeficiente de atrito A área projetada da partícula l massa específica do líquido v velocidade de sedimentação D diâmetro da partícula Aplicandose a Lei de Newton a e g F F F F Resultantes das forças Tratamento primário s V m m massa da partícula s massa específica da partícula V volume da partícula Sabendose que 6 D3 s m D diâmetro da partícula Para a estabilidade do sistema na velocidade máxima 0 dt dv a a aceleração Rearranjando as equações l l s Ca g D v 3 4 μ viscosidade do líquido 2 l V 2 Ca A w g m g Tratamento primário Igualando as forças de atrito de Newton e Stokes v D 3 v 8 D C 2 l 2 a v D 24 C l a v D NR l NR Número de Reynolds NR 24 Ca l S D2 g 18 1 v Velocidade de sedimentação NR 2000 Lamelar 2000 NR 3000 Instável NR 3000 Turbulento Temp ºC μ x103 kg m1 s1 Temp ºC μ x103 kg m1 s1 0 17916 45 05963 4 60 04666 5 15192 100 02783 25 08903 v D 3 Fa Stokes Tratamento primário Velocidade teórica de sedimentação de cistos de protozoários e de ovos de helmintos Características de cistos e ovos Espécie Tamanho m Massa específica kg m3 Forma Velocidade de sedimentação m h1 Protozoários Entamoeba histoytica 150x50 1055 cilíndrica 1255 Helmintos Ascaris lumbricoides 55x40 1110 esférica 065 Uncinárias 60x40 1055 esférica 030 Shistossoma spp 150x50 1018 cilíndrica 1255 Taenia saginata 30 1100 esférica 026 Thricuris trichiura 50x22 1500 cilíndrica 153 Tratamento primário Considerando a menor partícula com diâmetro D que é adicionada na parte superior do tanque que apresenta uma altura h Sua trajetória é dada por AA com um tempo de detenção t velocidade horizontal de escoamento velocidade de sedimentação t L vh t v h Tratamento primário A velocidade de sedimentação v é fisicamente igual a vazão que flui sobre a área superficial A de sedimentação Considerando o volume do tanque Vol e a vazão Q temos t Vol Q Q Vol t Vol h Q v h A h Q v A v Q Tratamento primário Tipos de sedimentadores Vantagens relação comprimento largura 31 a 101 profundidade de 20 a 25 m ou comprimentoprofundidade 25 declividade de 112 em direção ao poço de lodo calhas vertedoras em até 23 do comprimento do tanque possibilidade de emprego de mãodeobra de menor qualificação e maior facilidade de construção 1Retangulares Tratamento primário Tratamento primário 2 Circulares Vantagens menor custo de equipamentos menor custo de manutenção fluxo afluente radial do centro para a borda favorece o remanso maior comprimento da calha coletora por volume de efluente maior equalização do fluxo diâmetros de 3 a 6 m não são recomendados grandes diâmetros profundidade de 25 a 40 m declividade de 112 em direção ao poço de lodo Tratamento primário Tratamento primário DECANTADOR CIRCULAR corte transversal Ponte rotatória Vertedor de saída Saída Saída Saída Saída de Lodo Entrada PLANTA Defletor Anel defletor Ponte rotatória Cesto Lodo de Retorno Entrada Canal de coleta do afluente Tratamento primário A vazão de dimensionamento de decantador primário deve ser a vazão máxima afluente à ETE Dimensionamento Ta 60 m3 m2 d1 NBR 12209 taxa de aplicação superficial Metcalf Eddy 2003 decantadores primários seguidos de tratamento secundário Ta de 32 48 m3 m2 d1 decantadores primários com retorno de lodo ativado Ta de 24 34 m3 m2 d1 em que A área superficial m2 Q vazão m3 h1 Ta taxa de aplicação m3 m2 d1 taxa de aplicação de sólidos 36 kg m2 h1 Ta Q A TDH entre 15 e 25 h preferencialmente 2 h Tratamento primário Eficiência manter a vazão o mais constante possível esgoto doméstico SP 75 SS 5070 DBO 2540 manter os vertedores efluentes sempre limpos e nivelados evitar curtocircuito remoção contínua do lodo automática mecânica com uso de bombas de sucção encaminhar escuma para os digestores Operação Tratamento primário lodo flutuando decomposição no fundo remoção do lodo com maior frequência o lodo e a escuma coletados nos decantadores devem ser conduzidos aos digestores e posteriormente a aterros sanitários ou dispostos no solo líquido muito escuro digestão anaeróbia diminuir tempo de detenção ou remover o lodo com maior frequência sedimentação excessiva na calha de recolhimento velocidade baixa na calha reduzir seção transversal da calha vertedores e superfície muito suja acúmulo de sólidos limpeza manual ou cloração do líquido Perturbações na operação Disposição do lodo e escuma Tratamento primário EXEMPLOS 1 Dimensionar por meio da velocidade de sedimentação e da taxa de aplicação um sedimentador prismático para a remoção de partículas com D 20 μm presentes em uma Q de 10 m3 h1 sendo ρS 1300 kg m3 ρl 1000 kg m3 e temperatura do líquido de 25ºC