SUMRIO

1. ENUNCIADO52. RESOLUO92.1 Calcular o tempo de residncia requerido no reator biolgico (h)92.2 Calcular o volume do reator biolgico (gal e ft)102.3 Calcular o oxignio requerido em lb/h e a taxa mdia de utilizao (mg/L.h)102.4 Calcular a biomassa produzida Xv (lb/dia)112.5 Calcular a razo de reciclo r122.6 Considerar 3 possibilidades de projeto de aerador132.6.1 Aerao difusa empregando aerao derivada132.6.2 Turbina de aerao172.6.3 Superfcie de aerao21

NDICE DE FIGURAS

Figura 1- Curva dos valores de pelo comprimento14Figura 2- Curvas caractersticas de uma superfcie de aerao22

NDICE DE TABELAS

Tabela 1 - Distribuio de oxignio para cada 1/4 do tanque6Tabela 2- Resultados obtidos para o 20C para cada do tanque14

1. ENUNCIADO

Uma planta de lodo ativado considerada para tratamento de 3,0 MGD de um efluente industrial. O DBO5 de alimentao 250 mg/L e uma reduo de 90% desta requerida. Os seguintes valores de parmetros biocinticos so obtidos em um laboratrio a temperatura de 30 C. K = 0,03 dia.L/mg Y = 0,55 MLVSS/lb de DBO5 total removido Kd = 0,10 lb MLVSS/dia.lb MLVSS a = 0,40 lb de O2/ lb de DBO5 total removido b = 0,125 lb de O2/ dia.lb MLVSSA lama flocula facilmente e assim o projeto controlado por um requerimento de qualidade do efluente. As concentraes selecionadas so Xva = 2500 mg/L e Xvu = 12000 mg/L para o propsito do projeto. Desprezar a quantidade de lodo ativado no efluente a ser tratado. Tambm se assume que a nitrificao no ocorre em extenso considervel.1. Calcular o tempo de residncia requerido no reator biolgico (h);1. Calcular o volume do reator biolgico (gal e ft);1. Calcular o oxignio requerido em lb/h e a taxa mdia de utilizao (mg/L.h);1. Calcular a biomassa produzida Xv (lb/dia);1. Calcular a razo de reciclo r;1. Considerar 3 possibilidades de projeto de aerador:(i) Aerao difusa empregando aerao derivada;(ii) Turbina de aerao;(iii) Superfcie de aerao.

(i) Aerao difusa empregando aerao derivada: T= 30C; 20C da matria do efluente = 0,6; 20C do efluente = 0,9.Estimar 20C para o influente de uma combinao linear de valores para as linhas de alimentao e reciclo. Para este propsito divide-se o reator em quatro tanques com a seguinte distribuio de utilizao de oxignio derivado:

Tabela 1 - Distribuio de oxignio para cada 1/4 do tanqueCompartimento do tanquePercentual Total de O2

155

218

315

412

Para estimar o mdio para cada compartimento do tanque assume-se que o 20C decresce linearmente desde o valor para o influente (estimado como previamente indicado) at valor de 0,9 para o efluente do tanque. Toma-se para cada compartimento do tanque o valor de 20C correspondente ao comprimento mdio do compartimento. Toma-se a profundidade e largura do tanque como 15 ft e 25 ft respectivamente. Qual a largura do tanque neste caso? A performance da unidade difusora a ser utilizada dada pela relao:

Baseado nesta equao na selecionada distribuio de utilizao de oxignio derivado e nas regras para se estimar :1. Calcule para cada compartimento do tanque o nmero de unidades difusoras requeridas e o espaamento entre elas. Os difusores so unidades de cermica porosa localizadas no fundo do tanque, perpendicular a direo do escoamento. O comprimento de cada unidade difusora aproximadamente igual a largura do tanque.1. Faa um esboo em escala da seo transversal do tanque de aerao indicando o nmero de unidades difusoras para cada compartimento do tanque.1. Calcule a eficincia de transferncia de O2 para difusores em cada compartimento do tanque.

(ii) Turbina de Aerao T = 30CUtiliza-se um tanque com profundidade e largura de 15 ft e 42 ft respectivamente. Qual o comprimento do tanque neste caso?Assume-se uma taxa de consumo de O2 equalizado atravs do comprimento do tanque (ver valor calculado no item 3). Emprega-se trs turbinas aeradoras igualmente espaadas. A performance das turbinas selecionadas dada pela relao:

A potncia das turbinas selecionadas dada pela equao:

Sendo n em ver/seg.1. Calcule o fluxo de ar Gs (SCFM) requerido para cada uma das trs turbinas;1. Estimar a potncia atual da turbina corrigida para o decrscimo de densidade da mistura de aerao e a potncia total para a figura 4.16 com Pd*=1.0;1. Faa um esboo em escala da seo transversal do tanque de aerao mostrando a localizao das trs unidades;1. Calcule a eficincia de transferncia de O2 para as turbinas e as lb de O2 transferidas (hp.h).

(iii) Superfcie de aerao T = 30CAs caractersticas da superfcie do aerador selecionado so dadas pela figura 5.4 ( Ramalho). Selecionaram-se unidades de 12 hp. Assume-se um 20C de 0,85; toma-se Csw=8,6 mg/L e CL = 1.0 mg/L; para o tanque aerador selecionou-se uma profundidade de 12 ft e uma largura na ordem do dimetro de influencia de cada unidade:1. Determine o numero de unidades requeridas;1. Faa um esboo em escala do tanque aerador mostrando a localizao dos aeradores.

2. RESOLUO

Dados fornecidos: = 3,0 MGD,k = 0,03 L/mg por dia;Y = 0,55 lb MLVSS/lb de BOD5 total removido;Kd = 0,10 lb MLVSS/(dia) (lb LVSS);a = 0,40 lb O2/lb BOD5 total removido;b = 0,125 lb O2/(dia)(lb MLVSS);XV,A = 2500 mg/L;XV,u = 12000 mg/L;T = 30 oC; Reduo desejada de BDO = 90%.

2.1 Calcular o tempo de residncia requerido no reator biolgico (h) Para calcular o tempo de residncia requerido no reator, foi utilizou-se a Equao 1. (Eq. 1)Onde:q: a taxa especfica de remoo de substrato;SF: a DBO solvel na alimentao nova;Se: a DBO solvel no efluente lquido;XV,a: SVS no reator;th: o tempo de residncia no reator (em horas).Como: (Eq. 2)

Onde:q: a taxa especfica de remoo de substrato;k: uma constante (K/XV,a);Se: a DBO solvel no efluente lquido.

Substitui-se a Eq.2 na Eq. 1 e isola-se th, obtendo assim a Equao 3. (Eq. 3)Sendo que:

Ento, substituindo os valores fornecidos na Equao.3, obtemos:

2.2 Calcular o volume do reator biolgico (gal e ft)Para calcular o volume do reator, utilizou-se a Equao 4 descrita a seguir: (Eq. 4)Onde: V: o volume do reator;Qf: a alimentao nova; th: o tempo de residncia no reator (em horas).Substituindo os valores na Equao 4, sendo usado o tempo em dias, obtemos:

Sabendo que 1 gal = 0.133680556 ft3, podemos calcular o volume do reator em ft3.

2.3 Calcular o oxignio requerido em lb/h e a taxa mdia de utilizao (mg/L.h)Para calcular o O2 requerido, foi utilizada a equao abaixo: (Eq. 5)Onde:: a quantidade de oxignio requerida;: lb de O2/ lb de DBO5 total removido;: a DBO solvel na alimentao nova; a DBO solvel no efluente lquido;: a alimentao nova; : lb de O2/ dia.lb MLVSS: SVS no reator;: o volume do reator;: um fator de converso utilizado para adequar das unidades. Substituindo os valores fornecido, na Equao 5, chegamos :

Para calcular a taxa mdia de utilizao em mg/L.h, primeiramente foi feito os ajustes das unidades, da seguinte forma:

Feito isto, a taxa mdia de utilizao foi calcula atravs da Equao 6. (Eq. 6)

2.4 Calcular a biomassa produzida Xv (lb/dia)O calculo da biomassa produzida se deu pela Equao 7, apresentada aseguir: (Eq. 7)Onde:Y: MLVSS/lb de DBO5 total removido;: a DBO solvel na alimentao nova; a DBO solvel no efluente lquido;: a alimentao nova; : lb MLVSS/dia.lb MLVSS;: SVS no reator;: o volume do reator;: um fator de converso utilizado para adequar das unidades. Substituindo os valores fornecido na Equao 7, obtemos:

2.5 Calcular a razo de reciclo rPara o calculo do reciclo foi utilizado a Equao 8: (Eq.8)Onde:: a alimentao nova; : a concentrao selecionada;: a produo de biomassa;: a alimentao nova; : SVS na alimentao nova: SVS na corrente de fundo do clarificador secundrio;: SVS no reator.Substituindo os valores, obtemos:

2.6 Considerar 3 possibilidades de projeto de aerador2.6.1 Aerao difusa empregando aerao derivada T = 30C; para gua residual (entrada do tanque) = 0,6; para o efluente (sada do tanque) = 0,9.

a) Calcule para cada compartimento do tanque o nmero de unidades difusoras requeridas e o espaamento entre elas.a.1) Clculo do comprimento total e do comprimento mdio de cada quarto do tanque: (Eq. 9)

0 16,0432,0848,1264,16 80,20 96,24 128,32 ft112,28 55% O2 18% O215% O2 12% O2

0 16,0432,0848,1264,16 80,20 96,24 128,32 ft112,28 55% O2 18% O215% O2 12% O2

a.2) Clculo do para cada quarto de tanque:Uma vez determinados os comprimentos mdios de cada quarto de tanque e sabendo-se que aumenta linearmente, pode-se calcular seus valores atravs de uma interpolao, j que os valores de entrada e sada so fornecidos.

Figura 1- Curva dos valores de pelo comprimento

Tabela 2- Resultados obtidos para o 20C para cada do tanqueN do de tanqueComprimento mdio

116,04 ft0,6369

248,12 ft0,7107

380,20 ft0,7845

4112,28 ft0,8582

a.3) Clculo da quantidade de O2 transferida por hora de aerao por unidade (N):A partir da seguinte equao calcularam-se os valores de N. (Eq. 10)Onde:N a quantidade em lb O2 transferida/h de aerao por unidade;GS a vazo de ar, SCFM/unidade de aerao (SCFM mediado a 1atm e 32F)(As unidades selecionadas tm capacidade de 8 SCFM/unidade);H a altura/profundidade do tanque (ft);W a largura do tanque (ft);CSW a concentrao de saturao de OD do tanque a meia altura (tomar como 8,6 mg/L);CL a concentrao operacional de OD (tomar como 1mg/L);T a temperatura (C);

Para cada quarto de tanque tem-se: (lb transferida/h de aerao por unidade) (lb transferida/h de aerao por unidade) (lb transferida/h de aerao por unidade) (lb transferida/h de aerao por unidade)

a.4) Clculo do nmero de aeradores:Com os valores de N calculados para cada quarto de tanque e recuperando o valor de oxignio requerido por hora no processo (132,92 lb/h), pode-se calcular o nmero de aeradores requeridos: aeradores aeradores aeradores aeradores

a.5) Clculo do espaamento entre os aeradores:Dado que o comprimento de cada quarto de tanque de 32,08 ft, calculou-se o espaamento necessrio entre os aeradores em cada trecho:

ft ft ft ft

b) Faa um esboo em escala da seo transversal do tanque de aerao indicando o nmero de unidades difusoras para cada compartimento do tanque. 1 2 3 4 196 aeradores57 aeradores44 aeradores32 aeradores

c) Calcule a eficincia de transferncia de O2 para difusores em cada compartimento do tanque.

(Eq. 11)

(Eq. 12)

2.6.2 Turbina de aeraoTrs turbinas; Temperatura: T = 30C; Profundidade do tanque: H = 15 ft; Largura do tanque: W = 42 ft.

Clculo do comprimento (L) do tanque:

a) Clculo do fluxo de ar Gs (SCFM) requerido para cada uma das trs turbinas:Atravs do clculo no item 2.3, temos o valor de . fornecido que as turbinas so igualmente separadas

a.1) Clculo do N: (Eq. 13)

a.2) Clculo do Gs:Dados:

Usando a relao dada abaixo, encontra-se o valor do termo Gs.

(Eq. 14)

b) Clculo da potncia atual da turbina:b.1) Clculo do n: (Eq. 15)

b.2) Clculo da rea (Ar): (Eq. 16)

b.3) Clculo de Gs/Ar:

Utilizando-se da figura 4.15 do livro Introduction to Wastewater Treatment Processes e com e Apesar de valor de gs/ar=253,77 consideramos o valor de 50 devido a curva ser linear a partir de 90 SCFM/aerador*ft

b.4) Clculo do (Eq. 17)

b.5) Clculo do :Isolando o da equao abaixo, temos: (Eq. 18)

b.6) Calculando o : Usa-se para este clculo a figura 4.16 do livro Introduction to Wastewater Treatment Processes, para um Pd*=1.

(Eq. 19)

c) Esboo do tanque:

42 ft0 ft25,4630 ft50,9602 ft76,3839 ft

d) Clculo da eficincia e das :d.1) Clculo de : (Eq. 20)

d.2) Clculo da eficincia: (Eq. 21)

d.3) Clculo das : (Eq. 22)

2.6.3 Superfcie de aerao T = 30C;As caractersticas da superfcie do aerador selecionado so dadas pela figura 5.4 ( Ramalho). Selecionaram-se unidades de 12 hp. Assume-se um 20C de 0,85; toma-se Csw=8,6 mg/L e CL = 1.0 mg/L; para o tanque aerador selecionou-se uma profundidade de 12 ft e uma largura na ordem do dimetro de influencia de cada unidade:

a) Determine o nmero de unidades requeridas:a.1) Estimativa de Pv:Segundo Ramalho pg 201, unidades de lodo ativado convencionais 0,20 < Pv < 0,30. Ento estima-se Pv = 0,25.

a.2) Obteno do rendimento de transferncia:Para a resoluo do problema selecionou-se um PV = 0,25. Entrando com este valor no grfico da figura abaixo, encontra-se um valor de RT(ref) = 4,25 lb O2 / (hp)(h).

Figura 2- Curvas caractersticas de uma superfcie de aerao

a.3) Obteno do dimetro de influncia:Com um valor de hp de 12 por unidade, atravs da Figura 2, encontra o valor para o dimetro de influncia.

a.4) Obteno do rendimento de transferncia (RTreal): (Eq. 23) Tambm calculou-se a potncia requerida (PR) para a realizao do processo.

a.5) Calculou-se, ento, um novo valor para Pv: (Eq. 24)

a.6) Clculo do nmero de aeradores:

b) Faa um esboo do tanque mostrando a posio das unidades aeradoras:Na figura 4.19 do livro Introduction to WastwaterTreatment Processes, l-se 12 Hp e 33,5 ft de dimetro. Por um fator de segurana diminusse 20% da distncia calculada entre os aeradores.

27,92 ft27,92 ft13,96 ft13,96 ft

83,76 ft

Dimetro de influncia = 33, 5 ftrea = comprimento*largura = 3D*1D = 3D = 3*(27,92) ft = 2338,6 ftVolume = 0,36 MGD = 360.000 gales = 48125,0 ft

22