3 - tratamento preliminar e primário
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Tratamento de águaTRANSCRIPT
Tratamento de águas residuáriasTratamento preliminar e primário
Prof. Vinícius Carvalho Rocha
Planta de tratamento
2
3
Tratamento Preliminar
4
Objetivos:
Remoção de materiais sólidos grosseiros
Remoção de areia
Gradeamento
6
A. Aplicações
Barras metálicas paralelas e igualmente espaçadas;
Reter sólidos grosseiros em suspensão e corpos flutuantes
(primeira unidade de uma estação de tratamento);
São utilizados para proteger tubulações, válvulas, registros,
bombas, equipamentos de tratamento etc, contra obstruções;
Nas ETEs as grades asseguram melhor aspecto para os tanques
e reduzem o volume de escuma;
Gradeamento
7
B. Abertura ou espaçamento das barras
Depende da finalidade;
Grades grosseiras ► montante de bombas de grande
capacidade, estruturas etc, e às vezes precedem grades mais
finas;
Grades de 2,0 a 4,0 cm de abertura são mais comumente
empregadas nas ETARs;
Tipo de grade Polegadas Milímetros
Grosseiras Acima de 1½ 40 a 100
Médias ¾ a 1½ 20 a 40
Finas 3/8 a ¾ 10 a 20
Ultrafinas ¼ a ¾ 3 a 10
Gradeamento
8
C. Tipos de grades
Simples ► limpeza manual
Gradeamento
9
E. Dimensionamento
Seleção do tipo de grade – Localização
Gradeamento
10
C. Tipos de grades
Simples ► limpeza manual
Gradeamento
11
C. Tipos de grades
Mecanizada ► limpeza mecânica
Gradeamento
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C. Tipos de grades
Mecanizada ► limpeza mecânica
Gradeamento
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C. Tipos de grades
Mecanizada ► limpeza mecânica
Gradeamento
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C. Tipos de grades
Mecanizada ► limpeza mecânica
Gradeamento
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C. Tipos de grades
Mecanizada ► limpeza mecânica
Gradeamento
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C. Tipos de grades
Mecanizada ► limpeza mecânica
Gradeamento
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D. Dimensões das barras
Tipo de grade Polegadas Milímetros
Grosseira 3/8 x 2 9,5 x 50,0
3/8 x 2½ 9,5 x 63,5
½ x 1½ 12,7 x 38,1
½ x 2 12,7 x 50,0
Média 5/26 x 2 7,9 x 50,0
3/8 x 1½ 9,5 x 38,1
3/8 x 2 9,5 x 50,0
Fina ¼ x 1½ 6,4 x 38,1
5/16 x 1½ 7,9 x 38,1
3/8 x 1½ 9,5 x 38,1
Gradeamento
18
D. Inclinação das barras
Limpeza manual ► 30 a 45º
Limpeza mecanizada ► 45 a 90º (comumente 60º)
E. Dimensionamento
Seleção do tipo de grade;
Dimensionamento do canal da grade; e
Avaliação da perda de carga local
Gradeamento
19
E. Dimensionamento
Seleção do tipo de grade – Localização
Área para implantação, circulação para remoção e transporte do
material retido, operação e manutenção;
Largura e profundidade;
Manuseio do material gradeado, formação de gases mal cheirosos e
tóxicos
Gradeamento
20
E. Dimensionamento
Dimensionamento do canal afluente à grade – velocidade
adequada
Velocidades muito pequenas ► acúmulo exagerado de material retido
► acúmulo de areia no canal
Velocidade muito grandes ► arraste de materiais que deveriam ficar
retidos
Velocidades recomendadas:
Máxima = 0,75 m/s
Mínima = 0,40 m/s
Gradeamento
21
ou
Gradeamento
22
Gradeamento
23
Gradeamento
24
F. Perda de carga na grade
Gradeamento
25
Gradeamento
26
• Outros dispositivos de remoção de sólidos grosseiros
Peneiras estáticas
Gradeamento
27
• Outros dispositivos de remoção de sólidos grosseiros
Peneiras estáticas
Gradeamento
28
• Outros dispositivos de remoção de sólidos grosseiros
Peneiras de tambor rotativo
Tratamento Preliminar
29
Desarenador ETE Caiçara – Ribeirão Preto/SP
Tratamento Preliminar
30
Desarenador
Objetivo: Remoção de areia através de sedimentação, sem
que haja remoção conjunta de sólidos orgânicos
Características das partículas a serem removidas (“Areia”)
Diâmetro efetivo: 0,2 mm a 0,4 mm
Massa Específica: 2.650 kg/m3
Velocidade de sedimentação: 2,0 cm/s
Tratamento Preliminar
31
Dispositivos de remoção
Manuais ou mecânicos (Bandeja de aço removidas por
talha e carretilha ou bombeamento)
Quantidade e destino do material retido
Quantidade: 30 a 40 l/1.000 m3 de esgoto
Destino do material retido (“Areia”)
Aterro Sanitário. A areia poderá ser também lavada em caixas
mecanizadas
Tratamento Preliminar
32
Tipos de caixa de areia
Tipo canal com velocidade constante controlada por Calha
Parshall
Tratamento Preliminar
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Tipos de caixa de areia
Tipo canal com velocidade constante controlada por Calha
Parshall
Tratamento Preliminar
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Tipos de caixa de areia
Tipo canal com velocidade constante controlada por Calha
Parshall
Tratamento Preliminar
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Tipos de caixa de areia
Secção quadrada em planta, com remoção mecanizada de lodo
Tratamento Preliminar
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Tipos de caixa de areia
Secção quadrada em planta, com remoção mecanizada de lodo
Tratamento Preliminar
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Tipos de caixa de areia
Secção quadrada em planta, com remoção mecanizada de lodo
Tratamento Preliminar
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Tipos de caixa de areia
Secção quadrada em planta, com remoção mecanizada de lodo
Tratamento Preliminar
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Tipos de caixa de areia
Secção quadrada em planta, com remoção mecanizada de lodo
Tratamento Preliminar
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Tipos de caixa de areia
Secção quadrada em planta, com remoção mecanizada de lodo
Tratamento Preliminar
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Tipos de caixa de areia
Secção quadrada em planta, com remoção mecanizada de lodo
Tratamento Preliminar
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Tipos de caixa de areia
Caixa de areia aerada ETE Caiçara – Ribeirão Preto/SP
Desarenadores
43
Caixa de areia tipo canal com velocidade constante
controlada por Calha Parshall
Velocidade 0,30 m/s
Velocidade inferior a 0,15 m/s Depósito de matéria
orgânica na caixa
Velocidade superior a 0,40 m/s Arraste de areia
Desarenadores - Dimensionamento
44
H
1
Vh
Vs
L
tVL h.
tVH S .
L
HVV h
S
.smV
s/02,0
smVh
/3,0
HL .15Prática de Projeto
HaHL .0,25.5,22
Desarenadores - Dimensionamento
45
H
1
Vh
Vs
L
tVL h.
tVH S .
•Largura da caixa de areia
HBVQh
..h
VH
QB
.
•Taxa de escoamento superficial
LB
Q
A
s.
q=600 a 1.300 m3/m2/dia
Desarenadores - Operação
46
Limpeza quando a areia ocupar metade da altura ou dois
terços de seu comprimento total
•Controle
Quantidade de material removido por m3 de
esgoto
Teor de umidade
Teor de sólidos voláteis
Desarenadores - Operação
47
Controle da velocidade através de calha Parshall
Para se manter a mesma velocidade na caixa de areia tipo canal com velocidade constante
controlada por calha Parshall, para Qmín e Qmáx, tem-se:
ZH
ZH
Q
Q
máx
mín
máx
mín
.
.'
.
H Y HJ HM
Z
Dimensionamento – Trat. Preliminar
48
Fórmula da Calha Parshall:
Q(m3/s) = K.HN (H em m)
Largura
Nominal
N K Capacidade (L/s)
Mín. Máx..
3" 1,547 0,176 0,85 53,8
6" 1,580 0,381 1,52 110,4
9" 1,530 0,535 2,55 251,9
1' 1,522 0,690 3,11 455,6
1 1/2' 1,538 1,054 4,25 696,2
2' 1,550 1,426 11,89 936,7
Dimensionamento – Trat. Preliminar
49
Exemplo
Ano População
Atendida
(hab)
Qmín (L/s) Qméd (L/s) Qmáx (L/s)
2000 45.000 41,67 83,33 150,00
2010 54.200 50,19 100,38 180,00
2020 68.350 63,29 126,58 227,83
Dimensionamento – Trat. Preliminar
50
a) Escolha da Calha Parshall:
Para atender vazões de 41,67 L/s a 227,83 L/s a C.
Parshall recomendada é a de LN = 9".
Fórmula da Calha Parshall com LN = 9":
Q = 0,535.H1,53
Para Qmín = 41,67 L/s Hmín = 0,189m
Para Qmáx = 227,83 L/s Hmáx = 0,572 m
Dimensionamento – Trat. Preliminar
51
Cálculo do rebaixo (z) à entrada da calha Parshall
mZZ
Z
ZHmáx
ZHmín
Qmáx
Qmín
1033,0572,0
189,0
83,227
67,41
.
.
.
.
Dimensionamento – Trat. Preliminar
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Grade adotada e “Eficiência”
mmaoespaçament
mmtespessura
ferrodebarras
adotadosdados
15)(.
5)(.
.
75,0515
15
ta
aE
Dimensionamento – Trat. Preliminar
53
Área útil (Au) e Área da Seção do Canal (S)
Adotando-se a velocidade de passagem pela grade v =
0,8 m/s:
23
285,0/8,0
/22783,0m
sm
sm
v
QAu máx
238,075,0
285,0m
E
AuS
Dimensionamento – Trat. Preliminar
Largura (b) do canal da grade e verificações de
velocidade
mZH
Sb
máx
81,01033,0572,0
38,0
Q
(l/s)
H
(m)
(H-Z)
(m)
S=b(H-Z)
(m2)
Au=S.E
(m2)
V=Qmáx
Au
(m/s)
V0=Qmáx
S
(m/s)
227,83 0,572 0,469 0,380 0,285 0,800 0,600
180,67 0,492 0,389 0,315 0,236 0,766 0,574
150,00 0,436 0,333 0,270 0,203 0,739 0,555
63,29 0,248 0,145 0,117 0,088 0,719 0,541
50,19 0,213 0,110 0,089 0,067 0,749 0,564
41,67 0,189 0,086 0,070 0,053 0,786 0,595
Dimensionamento – Trat. Preliminar
55
Verificações de Perda de Carga
g
vvH
243,1
2
0
2
mx
H 02,081,92
)6,0()8,0(43,1:limpa Grade
22
mx
xHobstruídaGrade 16,0
81,92
)6,0()8,02(.43,1:%50
22
Dimensionamento – Trat. Preliminar
56
Cálculo da Caixa de Areia
Cálculo da área da secção transversal (A) e da
Largura da Caixa de Areia (B)
Adotando-se a velocidade sobre a caixa v = 0,3 m/s
tem-se:
27594,03,0
22783,0m
v
QA máx
mBZH
AB
máx
62,11033,0572,0
7594,0
Dimensionamento – Trat. Preliminar
57
Verificações:
smv
mxA
mZH
mHslQPara
mín
mínmín
/3,01388,0
04167,0
1388,062,10857,0
0857,01033,0189,0
189,0/67,41
2
Dimensionamento – Trat. Preliminar
58
Cálculo do Comprimento (L)
Taxa de escoamento Superficial resultante:
mLxZHxL máx 55,101033,0572,05,22)(5,22
diammx
x
A
Q
S
./115262,155,10
4,8683,227 23
Dimensionamento – Trat. Preliminar
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Cálculo do rebaixo da caixa de areia:
Para a taxa de 30L/1000m3 e para vazão média de
final de plano,
Q = 126,58 L/s, tem-se o seguinte volume diário de
areia retida na caixa:
V = 0,03 L/m3 x 126,58 L/s x 86,4 = 328 L
mx
h
caixanaacumuladaareiadediáriaaltura
02,062,155,10
328,0
:
Dimensionamento – Trat. Preliminar
60
Para um rebaixo de 20cm tem-se um intervalo de
limpeza da caixa de 10 dias.
Tratamento Primário
61
Tratamento primário
62
Objetivo
Remoção de sólidos em suspensão sedimentáveis
Preparar para lançamento no corpo receptor (< 1 ml / L)
Preparar para tratamento secundário
Unidades com dispositivo de remoção de escuma comuns
Decantador primário
Remoção de 40 a 60% SS
Remoção de 70 a 80% Ssed
Remoção de 25 a 35% DBO5
f ( condições de sedimentação)
Tratamento primário
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Variantes
Formato circular ou retangular (ocupa menos área que
circular, mas tem TDH maior)
Fundo pouco ou muito inclinado
Remoção de lodo manual ou mecanizada
Taxa de aplicação superficial (TAS), m3/(m2.d)
Sedimentação floculenta – velocidade de sedimentação
(vs) varia
TAS = Qmax/As = vs de projeto
Tratamento primário
64
NBR-12209 (Projeto de estações de tratamento de
esgoto sanitário)
TDH = 1 a 6h
Evitar tempos longos para não tornar esgoto séptico
TAS recomendada (na ausência de ensaio de
sedimentação)
Sem tratamento biológico - < 60 m3/(m2.d)
Antes de filtro biológico - < 80 m3/(m2.d)
Antes de lodos ativados- < 120 m3/(m2.d)
Decantador circular
65
Decantador retangular
66
Análise de sedimentação floculenta
(dimensionamento)
67
1. Determinar SST da suspensão e encher a coluna
2. Retirar amostras em cada profundidade, em
intervalos de tempo regulares, e determinar SST de
cada amostra
3. Calcular %SST removidos em cada profundidade,
em cada tempo
4. Colocar valores de % removida (xij) nos pontos
correspondentes do gráfico de tempo versus
profundidade
68
Análise de sedimentação floculenta
(dimensionamento)
69
Análise de sedimentação floculenta
(dimensionamento)
70
5. Traçar curvas de isso-eficiência (R%)
Ex: curvas de remoção de 20, 35, 50, 60 e 70%
das partículas com v ≥ vs. Tempo de detenção hidráulica
correspondente indicado na abscissa.
Análise de sedimentação floculenta
(dimensionamento)
71
5. Traçar curvas de iso-eficiência (R%)
Análise de sedimentação floculenta
(dimensionamento)
72
6. Verificar a velocidade de sedimentação (vs) para
cada curva R% na profundidade de sedimentação (H)
vs = H//t%, onde t% é lido no gráfico
R% = das partículas com v ≥ vs são removidas
Partículas com v ≤ vs são removidas na razão v/vs = h/H
7. Calcular a fração total de partículas removidas em
cada t%:
R total = % removida com v > vs + Σ(Δh/H).(Rn+1 – R)
R = SST removidos, %
n = % da curva de remoção constante
Δh = distância entre as curvas R em cada t%
H = profundidade do decantador (projeto)
Análise de sedimentação floculenta
(dimensionamento)
73
Análise de sedimentação floculenta
(dimensionamento)
74
8. Elaborar gráfico de vs (H/ts) versus R total
Obs: vs (m/h) = TAS (m3/m2.d)
9. Escolher a TAS a partir da eficiência (R) desejada
Obs: t% = tempo de detenção hidráulica para R de projeto
Análise de sedimentação floculenta
(dimensionamento)
75
10. Aplicar FS = 1,5 à TAS e calcular a área superficial
de decantação (As) e volume útil (V) do decantador
As = Q/(TAS/1,5)
V = Q.t% = As.H
11. Determinar principais dimensões do decantador
Circular
Profundidade, H = 2 a 4 m
Diâmetro, d = 3 a 60 m
Inclinação de fundo, h:d/2 = 1:12
Análise de sedimentação floculenta
(dimensionamento)
76
10. Determinar principais dimensões do decantador
Retangular
Profundidade, H = 3 a 3,5 m
Largura, L = 3 a 27 m
Comprimento, C = 10 a 100 m
C/H ≤ 25
C/L > 3 até 10
Inclinação de fundo, h:C = 1:12
Coleta de esgoto após decantador primário
77
Vertedores periféricos
Velocidade linear – 3 a 8,3 L/s.m (NBR 12209)
Vertedores em V mais comuns – minimizam o impacto de
variações de Q
Altura 50 mm; espaçamento 50, 150 ou 300 mm
Anteparo interno a 300 mm do vertedor para minimizar
perda de escuma
Coleta de esgoto após decantador primário
78
Vertedores periféricos
Operação do decantador primário
79
Vazão (Q) com menos variação possível
Vertedores limpos e nivelados de acordo com a
vazão afluente
Remoção contínua de escuma
0,4 a 4,4 L escuma/1000 m3 esgoto (ETE-SP)
Coleta e remoção de lodo
Lodo decantado – 2 a 6% sólidos
Raspagem contínua ou poço coletor
Enviado ao adensador ou digestor
Qualidade do lodo f(composição do esgoto, operação do
decantador)
Quantidade do lodo – balanço de massa
Operação do decantador primário
80
Exemplo
Q = 1 m3/s; SS = 200 mg/L; 50% remoção a 4 % de
sólidos
M = massa de lodo produzida ?
V = volume de lodo produzido ?
M = 86.400 m3/d . 0,2 kg/m3 . 0,5 = 8.640 kg/d
V = (8.640 kg/d)/(40 kg/m3) = 216 m3d
Exercício
81
ETE municipal:
Qmed = 12.000 m3d-1
Qmax = 30.000 m3d-1
Dois clarificadores circulares
Profundidade = 4 m
Carregamento hidráulico superficial = 40 m3m-2d-1
Calcular (para cada clarificador):
Área
Diâmetro
Volume
Tempo de detenção