3 - Tratamento Preliminar e Primário

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

Tratamento Preliminar

5

Gradeamento

http://www2.corsan.com.br

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

12

C. Tipos de grades

Mecanizada ► limpeza mecânica

Gradeamento

13

C. Tipos de grades

Mecanizada ► limpeza mecânica

Gradeamento

14

C. Tipos de grades

Mecanizada ► limpeza mecânica

Gradeamento

15

C. Tipos de grades

Mecanizada ► limpeza mecânica

Gradeamento

16

C. Tipos de grades

Mecanizada ► limpeza mecânica

Gradeamento

17

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

33

Tipos de caixa de areia

Tipo canal com velocidade constante controlada por Calha

Parshall

Tratamento Preliminar

34

Tipos de caixa de areia

Tipo canal com velocidade constante controlada por Calha

Parshall

Tratamento Preliminar

35

Tipos de caixa de areia

Secção quadrada em planta, com remoção mecanizada de lodo

Tratamento Preliminar

36

Tipos de caixa de areia

Secção quadrada em planta, com remoção mecanizada de lodo

Tratamento Preliminar

37

Tipos de caixa de areia

Secção quadrada em planta, com remoção mecanizada de lodo

Tratamento Preliminar

38

Tipos de caixa de areia

Secção quadrada em planta, com remoção mecanizada de lodo

Tratamento Preliminar

39

Tipos de caixa de areia

Secção quadrada em planta, com remoção mecanizada de lodo

Tratamento Preliminar

40

Tipos de caixa de areia

Secção quadrada em planta, com remoção mecanizada de lodo

Tratamento Preliminar

41

Tipos de caixa de areia

Secção quadrada em planta, com remoção mecanizada de lodo

Tratamento Preliminar

42

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

Qq

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

52

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

59

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

63

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