Dimensionamento de ETE e Sistemas de Esgotamento Sanitário - Normas e Vazão

Saneamento e Sistema de Esgotamento Sanitário Dimensionamento de ETE VAZÃO DO ESGOTO Segundo Von Sperling 1996 apud MELLO 2007 o esgoto sanitário é formado por esgoto doméstico águas de infiltração e despejos industriais sendo que O esgoto doméstico é proveniente das residências do comércio e das repartições públicas cuja taxa de retorno é de 80 da vazão da água distribuída As águas de infiltração são as que penetram na rede coletora de esgoto através de juntas defeituosas das tubulações paredes de poços de visita etc A taxa de infiltração depende das juntas das tubulações do tipo de elementos de inspeção do tipo de solo e da posição do lençol freático Os valores médios são de 03 a 05 Lskm Os despejos industriais são efluentes de indústrias que devido às características favoráveis são admitidos na rede de esgoto Os esgotos industriais ocorrem em pontos específicos da rede coletora e suas características dependem da indústria VAZÃO DO ESGOTO De acordo com MetcalfEddy 1991 apud SOUZA et al 2015 os esgotos sanitários podem sofrer as seguintes variações variação de vazão sazonal e variações de vazão em curto prazo horárias diárias e semanais Para uma mesma população a vazão de esgoto doméstico varia com as horas do dia variações horárias com os dias variações diárias e meses Portanto são considerados os seguintes coeficientes para se obter vazões máximas Q máx K1K2Q méd e mínimas Q min K3Q méd de contribuição a Coeficiente do dia de maior consumo K1 é a relação entre o valor do consumo máximo diário de água ocorrido em um ano e o consumo médio diário de água relativo a este ano b Coeficiente da hora de maior consumo K2 coeficiente de máxima vazão horária c Coeficiente de mínima vazão horária K3 VAZÃO DO ESGOTO Segundo Azevedo Netto et al 1998 os valores mais usuais de K1 e K2 em projetos de sistemas públicos de abastecimento dágua são K1 variando de 11 a 14 e K2 de 15 a 23 A NBR 96491986 na falta de valores obtidos através de medições recomenda o uso de K1 12 K2 15 e K3 05 ABNT 1986 para projeto de sistemas de esgotamento sanitário Segundo a norma técnica da SABESP NTS 025 2006 o cálculo das vazões inicial Qi e final Qf de esgoto doméstico para o dimensionamento da rede coletora deesgotos deve seguir as seguintes expressões QDils K2PiCqe 86400 Equação 8 QDfls K2K1PfCqe 86400 Equação 9 VAZÃO DO ESGOTO A norma técnica da SABESP NTS 025 2006 estabelece o cálculo para de início de projeto Equação 17 e vazão de fim de projeto Equação 18 Qi K2 Pi Ce qe 86400 Σ Qsi Qinf i Equação 6 Qf K2 K1 Pf Ce qe 86400 Σ Qsf Qinf f Equação 7 Onde Qi Vazão máxima inicial ls Qf Vazão máxima final ls K1 Coeficiente de máxima vazão diária K2 Coeficiente de máxima vazão horária Pi População inicial de projetos habitantes Pf População final de projeto habitantes C Coeficiente de retorno qe Consumo de água efetivo per capta Ls Qsi Vazão singular inicial ls Qsf Vazão singular final ls Qinf i Vazão de infiltração inicial ls Qinf f Vazão de infiltração final ls NBR 9649 Taxa de infiltração TI 005 a 10 ls x km TRATAMENTO DE ÁGUAS RESIDUÁRIAS Equalização Afluente Gradeamento Peneiramento Medida de vazão Desarenação Decantação primária Processo Biológico Flotação Espessamento Tratamento de lodo Decantação secundária Filtração Retrolavagem Reagente Mistura Tanque de contato Efluente Operação Unitária Processo unitário Localização de Operações Unitárias no Fluxograma de uma Planta de Tratamento de Águas Residuárias TRATAMENTO PRELIMINAR Remoção de Sólidos Grosseiros Processo de remoção de materiais sólidos todos os tipos presentes eou lançados inadequadamente na água residuária Finalidades Proteção dos dispositivos de transporte Proteção dos dispositivos de tratamento Proteção dos corpos receptores Aumento da eficiência do sistema de tratamento Características do sistema Dispositivo de retenção Dispositivo de remoção Processos Unitários Gradeamento Peneiramento TRATAMENTO PRELIMINAR Gradeamento Barras de aço paralelas posicionadas perpendiculares ou inclinadas ao fluxo dos efluentes retendo o material grosseiro transportado pelas águas residuárias GRADEAMENTO Roteiro de Dimensionamento Cálculo das alturas H das lâminas para vazões max med e min no medidor Parshall Rebaixo Z do medidor Parshall Área útil Au Área total At considerando o escoamento à montante da grade E eficiência da grade a abertura entre as barras t espessura das barras GRADEAMENTO Roteiro de Dimensionamento Largura do canal b sem caixa de areia Verificação das velocidades Perda de carga hf V 2V0 considerando 50 obstrução na grade v V0E velocidade à montante da grade V0 velocidade na grade à vazão máxima Comprimento da grade x GRADEAMENTO Roteiro de Dimensionamento Quantidade de barras n n b t a Espaçamento entre as barras externas e a lateral e e b nt n 1a Exemplo de Dimensionamento Dimensionar uma grade para uma ETE conhecendose as seguintes vazões Vazão máxima 295 Ls Vazão média 184 Ls Vazão mínima 114 Ls GRADEAMENTO Calha Parshall Vazões Ls MODELO W A C D E L VAZÃO EM LS MASSA Pol mm mm mm mm mm mm mínima máxima Kg ELP 007 3 467 178 259 610 914 08 538 12 ELP 015 6 621 394 397 610 1525 14 1105 27 ELP 022 9 880 381 575 762 1626 25 2520 40 ELP 030 12 1372 610 845 914 2867 31 4560 120 ELP 045 18 1448 762 1026 914 2943 42 6966 133 ELP 060 24 1524 914 1499 914 3019 119 9373 140 ELP 090 36 1676 1219 1572 914 3169 173 14272 150 ELP 120 48 1829 1524 1937 914 3318 368 19227 190 ELP 150 60 1981 1829 2302 914 3467 453 24239 220 ELP 180 72 2134 2134 2667 914 3616 736 29308 250 ELP 210 84 2286 2438 3032 914 3766 850 34377 260 ELP 240 96 2438 2743 3397 914 3915 991 39502 294 Calha Parshall Valores de n e k W n k 3 1547 0176 6 1580 0381 9 1530 0535 TRATAMENTO PRELIMINAR Peneiramento Equipamento com aberturas geralmente uniforme que é utilizado para reter sólidos grosseiros presentes nas águas residuárias remoção de sólidos grosseiros 025 mm Peneiras estáticas ou hidrodinâmicas DIMENSOES DAS PENEIRAS mm TIPOS A B C DN1 DN2 PE 25 250 1200 2000 75 150 PE 50 500 1200 2000 125 200 PE 85 850 1200 2000 150 250 PE 100 1000 1200 2000 200 300 PE 125 1250 1200 2000 250 350 PENEIRAMENTO Peneiras rotativas httpwwwecosancombr PENEIRAMENTO Dimensionamento Taxa de aplicação I Utilizar vazão máxima de projeto Qmax Informações catálogos de fabricantes Peneiras Taxa de aplicação Abertura mm Taxa de Aplicação I m³m²h Estática ou Hidrodinâmica Rotativa 025 15 25 050 20 45 075 25 65 100 30 80 150 35 100 ETA Engenharia de Tratamentos de Águas Ltda Estática comprimento L disponível 2 m Rotativa diâmetro d disponível 060 m PENEIRAMENTO Exemplo de dimensionamento Exemplo 1 Dimensionar uma peneira estática ou hidrodinâmica para um sistema de tratamento de águas residuárias de uma indústria cuja vazão máxima é de 555 Ls Adotar abertura da tela 075 mm Exemplo 2 Dimensionar uma peneira rotativa para um sistema de tratamento de águas residuárias de uma indústria cuja vazão máxima é de 25 Ls Adotar abertura 050 mm TRATAMENTO PRELIMINAR Desarenação Operação de separação de partículas granulares areia silte cascalho sementes grãos etc que possuem densidade especifica ou velocidade de sedimentação maiores que a matéria orgânica particulada presente nas águas residuárias geralmente materiais inertes e secos Densidade 2650 kgm³ Velocidade nos canais 015040 ms 030 ms Finalidades Proteção dos dispositivos de transporte Proteção dos dispositivos de tratamento Aumento da eficiência do sistema de tratamento DESARENAÇÃO Caixa de areia Caixa de areia mecanizada DESARENAÇÃO Roteiro de Dimensionamento Cálculo das alturas H das lâminas para vazões max med e min no medidor Parshall Rebaixo Z do medidor Parshall Altura máxima da lâmina de água na caixa hmax Largura b e verificase a velocidade V velocidade do efluente no canal 030 ms Comprimento L A taxa de escoamento superficial I deverá situase entre 6001200 m³m²d DESARENAÇÃO Exemplo de Dimensionamento Dimensionar um desarenador de câmaras duplas para uma ETE conhecendose as seguintes vazões Vazão máxima 295 Ls Vazão média 184 Ls Vazão mínima 114 Ls MEDIDAS DE VAZÃO Medidores de vazão Seleção Uso correto Manutenção Importância Controle de processo Monitoramento de processo Controle de lançamento de efluente Sistema de medição Sensor ou detector exposto ou afetado pelo fluxo Conversor traduzir o sinal ou leitura do sensor Eficiência do sistema de tratamento MEDIDAS DE VAZÃO Metering device Raw wastewater Primary effluent Secondary effluent Primary sludge Return sludge Thickmed sludge Mixed liquor Process water For open channels Headarea Flume Weir Other Magnetic insert type Velocityhead For closed conduits Headpressure Flow tube Orifice Pitot tube Rotameter Venturi Moving fluid effects Magnetic tube type Magnetic insert type Target Ultrasonic doppler Ultrasonic transmission Vortex shedding Positive displacement Propeller Turbine MEDIDAS DE VAZÃO Critérios de seleção do medidor de vazão Aplicação canal aberto ou fechado Tamanho faixa de vazão Composição da água residuária Precisão e reprodutibilidade controle processo Requisitos de instalação Condições ambientais temperatura interferências umidade etc Manutenção requerida Manutenção do medidor de vazão Limpeza Calibração Reparos Desempenho desejado MEDIDAS DE VAZÃO Calha Parshall MEDIDAS DE VAZÃO Deslocamento Positivo PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO O medidor de vazão VDP utiliza duas engrenagens que são acionadas pelo fluido cuja vazão está sendo medida Imãs insertados nas engrenagens sensibilizam um sensor externo sem contato com o fluido gerando pulsos de saída Cada pulso representa um volume bem conhecido A unidade eletrônica converte os pulsos em uma unidade de engenharia conhecida podendo ser mostrado a distância do display do indicador ou ser transmitido em sinal analógico de 420mA ou ainda interligado a um equipamento por comunicação serial RS485 MEDIDAS DE VAZÃO Tipo Turbina PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO O medidor de vazão tipo turbina consiste basicamente de um rotor montado entre buchas que gira com uma velocidade proporcional à velocidade do produto dentro do corpo do medidor Um sensor eletromagnético detecta a velocidade de giro do rotor gerando um trem de pulsos que serão condicionados pelo circuito eletrônico podendo ser lido em vazão instantânea ou totalização nas unidades de engenharia ou fornecendo sinal de saída em 4 a 20 mA MEDIDAS DE VAZÃO Placa de orifício PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO A placa indicada em vermelho provoca uma redução da seção do fluxo e é montada entre dois anéis que contêm furos para tomada de pressão em cada lado O conjunto é fixado entre flanges o que torna fácil sua instalação e manutenção A medição da diferença de pressão p1p2 pode ser feita por algo simples como um manômetro U e uma tabela ou uma fórmula pode ser usada para calcular a vazão Ou pode ser coisa mais sofisticada como transdutores elétricos e o sinal processado por circuitos analógicos ou digitais para indicação dos valores de vazão EQUALIZAÇÃO A vazão de uma água residuária em uma unidade industrial pode variar amplamente dependendo do tipo e variedades de processos e em função das etapas específicas dos processos Finalidade Regular a vazão Homogeneizar a concentração Tipos de arranjos de equalização Na linha do processo todo o fluxo passa pelo tanque de equalização Fora da linha do processo apenas uma fração do fluxo acima de uma vazão prédeterminada é direcionada para o tanque de equalização EQUALIZAÇÃO Afluente Gradeamento Peneiramento Desarenção Tanque Equalização Estação de bombeamento Medidor de vazão Tratamento primário Tratamento secundário Efluente final Equalização inline Afluente Transbordo Tanque Equalização Estação de bombeamento Medidor de vazão Tratamento primário Tratamento secundário Efluente final Equalização offline EQUALIZAÇÃO Benefícios da equalização Tratamento biológico eliminação choque de cargas diluição de substâncias inibidoras estabilização do pH Carga constante de sólidos no decantador secundário leva uma melhor qualidade do efluente Redução área de filtração do efluente aumento da eficiência da filtração uniformidade na retrolavagem dos filtros Plantas químicas amortecimento das cargas aumenta o controle de alimentação dos reagentes e confiança do processo Opção atrativa para aumento da performance de plantas de tratamento sobrecarregadas EQUALIZAÇÃO Análise sobre a equalização Localização da unidade de equalização localização ótima varia com o tipo de tratamento e as características do efluente Equalização in line ou off line Características do processo produtivo e do efluente variabilidade da concentração e vazão in line considerável equalização da carga poluente Volume do tanque determinação do volume pode ser realizado por método da conservação de massa ou método gráfico EQUALIZAÇÃO Volume de Equalização Método Conservação de Massa Atividades industriais descontínuas Tratamento de águas residuárias contínuo Vt Veq Vmin Veq Qe Qst vt volume total do tanque Veq volume de equalização Vmin volume mínimo Qe vazão de entrada Qs vazão de saída t número diário de horas de funcionamento da indústria Exemplo de dimensionamento Dimensionar um tanque de equalização para uma indústria têxtil de pequeno porte com atividade descontínua cujo período de funcionamento é de 16 horas por dia a vazão média e de 25 m³h e o tratamento físico químico precede sistema de lodos ativados EQUALIZAÇÃO Volume de equalização Método gráfico Plotar o diagrama do volume acumulado em função do tempo horário Traçar a linha vazão média origem ponto final do diagrama Traçar uma paralela à linha de vazão média tangente à curva do volume acumulado ou duas paralelas conforme o tipo de diagrama obtido O volume de equalização requerido é a distância vertical do ponto de tangencia à linha de vazão média ou a distância entre as duas paralelas EQUALIZAÇÃO Volume de equalização Método gráfico Vazão média Volume de entrada acumulado m³ Tempo horas Vazão média Volume de entrada acumulado m³ Tempo horas EQUALIZAÇÃO Exemplo de Dimensionamento Dimensionar um tanque de equalização para uma indústria com atividade contínua considerando os dados na tabela a seguir Horário pH T ºC Vazão média m³h Volume m³ 1 120 450 310 310 2 120 560 340 650 3 100 360 360 1010 4 90 470 300 1310 5 90 460 320 1630 6 80 310 350 1980 7 50 350 520 2500 8 50 350 590 3090 9 50 310 670 3760 10 90 400 780 4540 11 50 340 900 5440 12 110 410 980 6420 13 110 440 920 7340 14 140 340 970 8310 15 100 520 920 9230 16 100 450 890 10120 17 70 310 850 10970 18 50 290 870 11840 19 50 270 600 12440 20 120 370 520 12960 21 90 440 400 13360 22 90 440 320 13580 23 60 280 300 13980 24 50 280 250 14230 EQUALIZAÇÃO Exemplo de Dimensionamento Volume acumulado m³ 00 4000 8000 12000 16000 0 3 6 9 12 15 18 21 24 tempo horas Volume de equalização 300 m³ EQUALIZAÇÃO Exemplo de Dimensionamento Dimensionar um tanque de equalização para uma indústria com atividade contínua considerando os dados na tabela a seguir Horário Vazão média Ls Concentração média DBO mgL 1 27451 150 2 2207 115 3 1641 75 4 1302 50 5 1047 45 6 991 60 7 1189 90 8 2038 130 9 3538 175 10 4104 200 11 4245 215 12 4302 220 13 4245 220 14 4047 210 15 3849 200 16 3509 190 17 3255 180 18 3255 170 19 3283 175 20 3651 210 21 3990 280 22 3990 305 23 3792 245 24 3453 180 MISTURA A mistura é uma importante operação unitária em várias etapas do tratamento de águas residuárias O vigor da operação pode ser caracterizada qualitativamente por Homogeneização envolve uma movimentação branda que visa uniformizar líquidos miscíveis para se conseguir algum grau de uniformidade Mistura é uma operação mais vigorosa visando a uniformização de substâncias que podem ou não ser miscíveis Agitação envolve a movimentação intensa do sistema para se atingir diversas finalidades uniformização mistura suspensão de um sólido num líquido dispersão de um gás num líquido ou promoção da turbulência necessária para acelerar os processos de transferência de massa ou calor MISTURA Finalidades Misturar completamente uma substância em outra Misturas suspensão líquida Homogeneização de líquidos miscíveis Floculação de sólidos Transferência de calor Classificação da mistura em tratamento Mistura rápidacontínua Mistura contínua MISTURA Classificação da mistura em tratamento Mistura rápidacontínua principal objetivo é misturar completamente uma substância em outra variando de uma fração de segundo até 30 segundos Salto hidráulico em canais abertos Bocal tipo venturi turbulência no regime Tubulação de escoamento Bombeamento Misturadores estáticos turbulência induzida por dissipação de energia Misturadores mecânicos turbulência induzida por entrada de energia por meio da rotação de impelidores MISTURA Classificação da mistura em tratamento Mistura contínua principal objetivo é para manter o conteúdo do reator ou do tanque em completo estado de mistura Misturadores mecânicos Misturadores pneumáticos injeção de gases Misturadores estáticos ou de linha Bombeamento Dissipação de energia na mistura Energia unidade volume Sistema Entrada energia Maior turbulência Eficiência da mistura MISTURA Tipos de misturadores Impelidores Tubulação Misturador estático