Exercícios de dimensionamento de Unidades de Tratamento de Esgoto

8/10/2019 Exerccios de dimensionamento de Unidades de Tratamento de Esgoto

1/33

UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBINSTITUTO DE RECURSOS NATURAIS

LABORATRIO DE SANEAMENTO

EXERCCIOS DE DIMENSIONAMENTO DEUNIDADES DE TRATAMENTO DE ESGOTO

PROFa. Dra. HERLANE COSTA CALHEIROS

2011


2/33

2

Exerccio de medidor Parshall, gradeamento e desarenao

DADOS:

VAZES DE PROJETO

INCIO : Qmn= 275 L/sFINAL : Qmax= 1000 L/s

Qmed = 550 L/s

NBR 12209/92 ETE (Caixa de Areia)

TAS = 600 a 1300 m3/m2.d (item 6.1.2.5)

Figura 1 - Vista lateral do conjunto Parshall, grade e caixa de areia

CALHA PARSHALL

Diante dos valores de vazes mnimas e mximas de projeto escolheu-se a calhaParshall com as seguintes caractersticas:

W Qmin(L/s) Qmax(L/s) n K3 (16pol) 17,26 1426,3 1,566 2,182

Clculo da altura (H):

nHKQ = 566,1182,2 HQ =

Para Qmin= 0,275 m3/s Hmin = 0,266 m

Para Qmax= 1,000 m3/s Hmax = 0,608 m


3/33

3

Clculo do rebaixo (Z):

minmax

max)min(min)max(

QQ

HQHQZ

=

Z = 0,136 m

Clculo de (h):

h = H Z

Para Qmin= 0,275 m3/s hmin = 0,130 m

Para Qmax= 1,000 m3/s hmax = 0,472 m

CAIXA DE AREIA

DADOS:

Cmara dupla tipo canal TAS = 600 a 1300 m3/m2.d v < 0,40 m/s (p/ Qmax)

rea da seo transversal:

v = 0,30 m/s (adotado)

A = Qmax_ = 1000 x 10-3 A = 3,333 m2v 0,30

Largura de uma cmara da caixa de areia:

b = A____ = 3,333____ b = 7,06 m badotado = 7,10 m

Hmax Z 0,608 0,136Verificao da Velocidade:

Para verificao da velocidade fazemos a operao inversa da realizadaanteriormente, A partir do valor de b adotado calculamos um novo valor de A eaps calculamos um novo valor de v.

Q (m /s) A (m ) v (m/s) Verificao1000 x 10- 3,351 0,298 OK!275 x 10- 0,923 0,298 OK!


4/33

4

Comprimento da caixa de areia:

L = 25 x hmax = 25 x 0,472 L = 11,80 m

Verificao da Taxa de Aplicao Superficial:

TAS = Q_ = 1000 x 10-3x 86400 TAS = 1031 m3/m2.d OK!As 7,10 x 11,8

Clculo do rebaixo da caixa de areia (d):

d 0,25 m

Considerando a produo de areia (Pc) = 0,03 L/m3

Volume dirio de areia retida na caixa de areia:

V = Qmed x Pc = 550 x 10-3x 86400 x 0,03 x 10-3 V = 1,426 m3/d

Altura diria de areia acumulada na caixa de areia:

Qa = V_ = 1,426___ Qa = 0,017 m/dAs 7,10 x 11,8

Adotando-se o intervalo de limpeza da caixa de areia de aproximadamente 7 dias, ouseja, esta ser limpa de 7 em 7 dias.

ha = 0,017 x 7 = 0,12 m Adotamos: d = 0,25 m (0,25 m)

GRADEAMENTO

DADOS:

Grade com barras de ferro

Espessura (t) = 0,95 cm Espaamento entre barras (a) = 2,5 cm Grade mdia 3/8 x 11/2

Eficincia das barras:

E = a__ = 2,5___ E = 0,725a + t 2,5 + 0,95


5/33

5

rea til:

Velocidade entre barras (Vb) = 0,60 m/s(adotado)

Vb = 0,40 a 0,75 m/s

Au = Qmax/Vb = 1000 x 10-3/0,60 Au = 1,667 m2

rea total da seo do canal:

At = Au_ = 1,667_ At = 2,30 m2E 0,725

Largura do canal da grade:

b0= At___ = 2,30_ b0= 4,87 m b0 adotado= 4,90 m

Hmax Z 0,472

Verificao da velocidade na grade:

Para verificao da velocidade se faz o inverso das operaes anteriores. Calcula-seum novo valor de At, depois um novo valor de Au e por fim se encontra o valorde Vb.

Q (m /s) At (m ) Au (m ) Vb (m/s) Verificao1000 x 10- 2,313 1,677 0,596 OK!

275 x 10-

0,637 0,462 0,595 OK!

Nmero de barras:

N = b0__ = 490___ N = 142,03 Nadotado= 142 barrast + a 0,95 + 2,5

Verificao da distncia entre barra extrema e lateral do canal:

e = x {b0 [N x t + (N 1) x a]}

e = x {490 [142 x 0,95 + (141) x 2,5]}

e = 1,3 cm (< 2,5 cm) OK!

Clculo do perfil hidrulico para Qmax:

Clculo da perda de carga na grade:

=

gx

VVbxhf

2

429,12

02


6/33

6

Grade limpa:

V0= Qmax_h0x b0

Vb = Qmax_h0x bb

Onde: bb= b0 N x t = 4,90 142 x 0,0095 bb= 3,551 m

Clculo de h0(Equao de Bernoulli):

(antes da grade = depois da grade)

h0+ V02_ = h + v2_ + hf

2 x g 2 x g

Substituindo os valores de V0,h, v,gehf temos:

( )

++=

+

81,92

9,4

1

551,3

1

429,181,92

298,0472,0

81,92

90,4

1010002

0

2

02

2

0

3

0x

hxhxx

xx

xh

x

h

A partir do recurso solver equation da calculadora hpobtm-se o valor de h0.

h0= 0,479 m

Como mostra a figura no incio do exerccio:

hf = h0 h = 0,479 0,472 hf = 0,007 m

Grade suja:

O procedimento para o clculo da grade suja o mesmo adotado para a limpa.

Porm, para a atual situao considera-se a grade 50% obstruda. Para que a vazocontinue a mesma, a velocidade nesta situao (Vb) tem que ser 2 vezes maior que

no caso anterior: Vb = 2 x Vb

Utilizando as frmulas acima, e repetindo os clculos utilizados para a grade limpa,

temos que: h0= 0,502 m hf = 0,030 m

Adotamos: hf = 0,15 m (0,15 m limpeza manual)


7/33

7

Exerccio de tanque sptico, filtro anaerbio e sumidouro

TANQUE SPTICO (NBR 7229/93)

DADOS:

Escola com 150 pessoas Limpeza anual da fossa Temperatura mdia no inverno = 15C

Clculo do volume do Tanque Sptico:

V =1000 + N x (C x Td + K x Lf)

Onde:N (nmero de pessoas) = 150C (contribuio diria)= 50 L/pessoa.dia (valor de TABELA 1)Lf (contribuio de lodo fresco) = 0,20 L/pessoa.dia (valor de TABELA 1)Td (perodo de deteno) = 0,67 dias (valor de TABELA 2 Q = 150 . 50 = 7500 L/dia)K (taxa de acumulao de lodo) = 65 (valor de TABELA 3)

Assim:V =1000 + 150 x (50 x 0,67 + 65 x 0,2) = 7975 L ou 8,0 m3

Clculo das dimenses do Tanque Sptico:

Da TABELA 4 temos que: 1,50 m < h (prof. til) < 2,50 m

Profundidade til (h) = 2,0 m (valor adotado)

Largura interna mnima (W) >0,80m

Largura (W) = 1,25 m (valor adotado)

Relao comprimento/largura (L/W): entre 2:1 e 4:1 Relao L/W = 3,2/1,25 = 2,56ok!

Comprimento (L) = V / (h . W) = 8 / (2 . 1,25) = 3,2m

Figura 2 - Esquema do Tanque Sptico


8/33

8

TABELA 4 Profundidade de tanque spticoVolume til(m3)

Profundidade til mnima(m)

Profundidade til mxima(m)

At 6,0 1,20 2,20De 6,0 a 10,0 1,50 2,50

Mais que 10,0 1,80 2,80


9/33

9

FILTRO ANAERBIO (NBR-13969/97)

Figura 3 - Esquema do Filtro Anaerbio

DADOS: N = 150 pessoas C = 50 L/pessoa.dia Temperatura mdia no inverno = 15C Td = 0,67 (valor de TABELA 5 - Q = 150 . 50 = 7500 L/dia))

TABELA 5 Da NBR 13969/97, Tempo de deteno hidrulica de esgotos (Td), por

faixa de vazo e temperatura do esgoto (em dias)

Clculo do volume do Filtro Anaerbio:

V = 1,60 x N x C x Td

V = 1,60 x 150 x 50 x 0,67 = 8040 L ou 8,05 m3

Clculo da rea do Filtro Anaerbio:

Altura do fundo falso (incluindo espessura) - hff: 0,60m Altura do leito filtrante - hlf: 0,60m Altura da lmina dgua sobre o leito filtrante ha: 0,10m

Altura livre adicional hl: 0,20m Altura total do filtro ht: 1,50m


10/33

10

242,136,0

05,8mA

hlf

VA === Sero adotados dois filtros.

Se for adotada rea circular, teremos:

mddxd

A 9,242

42,13

4

22

=

==

SUMIDOURO (NBR 7229/93)

DADOS: Sumidouro cilndrico sem enchimento

Ci (coeficiente de infiltrao no solo) = 80 L/m2x dia N (nmero de pessoas) = 150 C (contribuio diria)= 50 L/pessoa.dia (valor de TABELA 1)

Clculo da rea do sumidouro:

V = N x C = 150 x 50 = 7500 L ou 7,5m3

275,9380

7500m

Ci

VA ===

Clculo das dimenses do sumidouro:

Sero necessrios trs sumidouros. Considerando um dimetro (d) do sumidourode 2,5m, a profundidade (h) ser:

mr

Ah 0,498,3

25,223

75,93

.23 =

=

=

Figura 4 - Esquema do Sumidouro


11/33


12/33

12

Clculo da seo de cada tubo (S):

2232

0314,04

)10200(

4 m

xdS ===

Verificao da velocidade descendente (v):

smtubosx

x

Sxn

Qmdv /11,0

1640314,0

10550 3===

(deve ser inferior a 0,20m/s para evitar o

arraste de ar para o interior do reator)

SISTEMA DE DIGESTO DO LODO

Verificao da velocidade ascencional (va) do lodo na cmara de digesto:

hmhsxmreatoresx

sm

A

Qmdva /63,0/3600

04,3928

/550,02

3

=== (tpico entre 0,5 e 0,7m/h)

SISTEMA DE DECANTAO

Deve-se estipular o nmero de compartimentos de decantao em cada unidade.Este deve ter como comprimento o prprio comprimento lateral do reator (B = 19,8m),e como largura um valor da ordem de 2,5 a 3,5m.

Largura escolhida (L) = 3,0mLargura do coletor de gs adjacente a cada 2 compartimentos de decantao escolhido(Lc) = 0,30mLargura do reator (Lr) = 19,8m

Clculo do nmero de compartimentos de decantao (nd):

ntoscompartimendndxxndLcxncLxndLr 6))1(30,0()3(8,19)()( =+=+=Clculo da rea superficial de cada compartimento (As):

As = B x L = 19,8 x 3,0 = 59,4m2

Clculo da rea de decantao por reator (Ad):

Ad = As x nd = 59,4 x 6 = 356,40 m2

Verificao da velocidade ascensional do esgoto nos compartimento dedecantao (vd):

hmhsxreatoresxm

smAd

Qmdvd /69,0/360084,356 /550,0 2

3

=== (< 2,3m/h)


13/33

13

LODO

Clculo da massa gerada de lodo (M):

Admitindo-se a produo de 0,18Kg SST por Kg DQO afluente:

M = 0,18 x DQO = 0,18 x 19008 = 3421,4 Kg SST/ dia

Teor de slidos admitido = 4% = 0,04Densidade tpica = 1,02 = 1020 Kg SST/m3

Clculo do volume gerado de lodo (VL):

dmxx

MVL /84

102004,0

4,3421

102004,03

==

Figura 5 - Esquema de um reator UASB


14/33

14

Exerccio de sistema de lodos ativados convencional

DADOS:

VAZES DE PROJETO

Qmn = 275 L/s

Qmx = 1000 L/s

Qmd= 550 L/s = 47520 m3/diaDQO = 400mg/L = (0,400Kg/m3) x (47520 m3/dia) = 19008 Kg/dia

DIMENSIONAMENTO DO DECANTADOR PRIMRIO

Taxa de aplicao superficial (TAS) = 90 m3/m2.dia (at 120m3/m2.dia seguidode lodos ativados)

Tempo de deteno (max) = 1,0 hora (1,0 hora) Tempo de deteno (med) 6,0 horas

Clculo da rea superficial (As):

2

23

33

960./90

/86400101000m

diamm

diamxxAs

As

QmxTAS ===

Sero utilizados 5 decantadores de seco circular.

Clculo da rea de cada decantador (Adec):

21925

960mAdec ==

Clculo do dimetro (D) dos decantadores:

mxAdec

DD

Adec 6,1519244

4

2

====

Clculo do volume (V):

33 36000,13600101000 mxxxVQmx

Vmx ==

Clculo da altura til (hu):

mAs

Vhu 75,3

960

3600== (h 2,0m usual 3 a 4m)


15/33

15

Clculo do novo volume (Vn):

Para hu = 4,0m: 338409600,4 mxVn ==

Clculo dos novos tempos de deteno:

horasxxQmx

Vnmx 07,1

3600101000

38403

===

(1,0 hora) ok!

horasxxQmd

Vnmd 94,1

360010550

38403

===

(6,0 horas) ok!

Clculo da taxa de escoamento nos vertedores de sada (Tv):

diammxx

D

QmxTv ./353

)2/6,15(2

5/)86400101000(

)2/(2

5/ 33

===

(< 720m3/m.dia) ok!

DIMENSIONAMENTO DO TANQUE DE AERAO E DO DECANTADORSECUNDRIO

Carga de DBO no esgoto in natura(DBO) = 19008 Kg/dia Eficincia do decantador primrio (E) = 30% Fator de carga (F) = 0,22 Kg DBO/Kg SS.dia (tpico 0,16 a 0,40)

Relao A/M = 0,28 Kg DBO/Kg SSV.dia (tpico 0,2 a 0,5) Concentrao de SS (Xt) = 3,2 Kg/m3 Concentrao de SSV (X) = 2,56 Kg/m3(tpico 1,5 a 3,0 kg/m3)

Clculo da carga orgnica na entrada do tanque de aerao (CO):

diaKgxxDBOECO /13306190087,0)1( ===

Clculo da quantidade de oxignio (Qo):

A massa de oxignio necessria ser o dobro da carga orgnica na entrada do tanque:

horaKgOdiaKgOxxCOQo /1109/266121330622 22 ====

Adotando-se aeradores superficiais de baixa rotao com capacidade de transferncia deoxignio de 0,9KgO2/CV.hora.

Clculo da potncia (P):

CVQo

P 1232

9,0

1109

9,0

===


16/33

16

Por tanque: CVP 4,2465

1232==

Sero utilizados 5 aeradores (n) de 50CV (Pa) por tanque dispostos em srie.

Clculo do volume dos tanques de aerao (Vta):

Desprezando a influncia da recirculao.

31890122,02,3

13306

. m

xFXt

COVta ===

Sero utilizados 5 tanques de 3780m3.

Clculo das dimenses do tanque de aerao largura (L) e base (B):

Adotando altura til (hu) = 4,0m

29454

3780m

hu

VtaAs ===

Relao L/B 4: Adotando B = 15,6m e L/B = 4: L = 4 . 15,6 = 62,4m

Clculo do tempo de deteno hidrulico ():

horasxxques

Qmd

V8,9

24/47520

)4,626,154(tan5=== (tpico < 18 horas)

Clculo da densidade de potncia (dp):

3/6,483780

735505735..mW

xx

Vta

Pandp === (> 10W/m3) ok!

No caso de utilizao do sistema de aerao por ar difuso, tem-se: Massa especfica do ar (Ma) = 1,2 Kg/m3 Porcentagem de O2no ar (%) = 23,2% Rendimento do soprador () = 8%

Clculo da vazo de ar (Qa):

min/8306008,0232,02,1

1109

.%.3arm

xxxMa

QoQa ===

Clculo da vazo de retorno do lodo (Qr):

Considerando que o lodo sedimentar no fundo do decantador secundrio a umaconcentrao de 8 Kg SS/ m3(Xr).

67,02,38

2,3)( =

=

=

XtXrXtr (tpico 0,6 a 1,2)


17/33

17

sLsLxQmdrQrQmd

Qrr /7,73/5,36855067,0. ==== por tanque

Clculo da produo de lodo (PL):

Considerando Yobs = 0,65 Kg SS/ Kg DBO.

diaKgSSxYobsCOPL /864965,013306. ===

Clculo da idade do lodo (c):

diasxxxquesx

PL

XtVc 7

8649

2,34,626,154tan5.== (4 a 10 dias)

Clculo da rea do decantador secundrio (Ads):

Adotando taxa de aplicao de superficial (TAS) = 20 m3/m2.d (tpico 16 a 32 m3/m2.d)

200,237647520

20 mAdsAdsAds

QmdTAS ===

Adotando taxa de aplicao de slidos (Ga) = 4 KgSS/m2.hora (tpico 4 a 6 KgSS/m2.h)

206,529

)244(5

2,347520)67,01(.)1(m

xx

xxAds

Ads

XtxQmdrGa =

+=

+=

Adota-se o maior valor, ento:

Para a rea superficial total de 2376,0 m2, sero utilizados 5 decantadores com 24,6 mde dimetro com rea superficial de 475,3 m2cada um.

Clculo do volume til (Vu) do decantador secundrio:

Adotando-se a altura til (hu) = 4,0m.

319013,4754. mxAdshuVu === por decantador

Clculo do tempo de deteno hidrulico (TDH):

horasx

xesdecantador

QrQ

VuTDH 9,2

4752067,1

241901.5==

+= (1,5 horas)

Clculo da taxa de escoamento nos vertedores de sada (TEL):

diammr

nQmd

TEL23

/1232/6,24..2

5/47520

.2

/=== (< 720m

3

/m.dia) ok!


18/33

18

Exerccio de lagoas de estabilizao sistema australiano(lagoa anaerbia + lagoa facultativa + lagoa de maturao)

DADOS:

VAZES DE PROJETO

INCIO:Qmn = 275 L/sFINAL:Qmx = 1000 L/s Qmd= 550 L/s = 47520 m3/diaCarga de DBO no esgoto in natura(DBO) = 200mg/L = (0,200Kg/m3) x (47520

m3/dia) = 9504 Kg/dia

LAGOA ANAERBIA

Adotando o tempo de deteno hidrulico (TDH) = 4 dias (tpico 3 a 6 dias)Clculo do volume da lagoa (V):

3190080475204. mxQmdTDHV ===

Clculo da rea ocupada pela lagoa (A) a meia altura:

Adotando altura til (hu) = 4,0m (tpico entre 3,0 a 5,0m)

2

475204

190080mhu

V

A ===

Assim, as dimenses da lagoa a meia altura sero: 150 x 320m

Relao L/B = 2,1 (tpico de 2 a 4)

A inclinao dos taludes ser adotada em funo das caractersticas do terreno = 1V /2H (mnima 1/6 e mxima : argiloso).

A borda livre adotada ser de 0,60m (> 0,50m).

A partir desses dados possvel calcular as principais dimenses da lagoa.

Dimenso Comprimento (m) Largura (m)Terreno 330,40 160,40

Espelho de gua 328,00 158,00Meia profundidade 320,00 150,00

Fundo 312,00 142,00


19/33

19

Clculo da carga orgnica volumtrica (COV):

diamKgDBOxxhuBL

DBOCOV

3/05,04320150

9504

.. === (tpico: 0,1 a 0,3 kgDBO/m3.dia)

Clculo da taxa de aplicao superficial de DBO (s):

diahakgDBOx

x

oreaespelh

DBOs ./1834

158328

109504 4===

(aerobiose) 500 < s < 2000kgDBO/ha.dia (odor)

Clculo da carga de DBO residual afluente lagoa facultativa (DBOr):

Adotando eficincia de 50% na remoo de DBO. (Tpico 40 a 50%)

DBOr = DBO.0,5 = 9504(0,5) = 4752 Kg/dia

LAGOA FACULTATIVA

Adotando o tempo de deteno hidrulico (TDH) = 20 dias (tpico 15 a 45 dias)

Clculo do volume da lagoa (V):

39504004752020. mxQmdTDHV ===

Clculo da rea da lagoa facultativa meia altura (A):

Adotando a profundidade til (hu) = 2,5m (tpico de 1,5 a 3,0m)

23801605,2

950400m

hu

VA ===

Assim, sero duas lagoas facultativas em paralelo cuja dimenso meia profundidade :250x770m

Relao L/B = 770/250 = 3,1 (tpico de 3 a 5)

A inclinao dos taludes ser adotada em funo das caractersticas do terreno =1V / 2H e a borda livre adotada ser de 0,60m. A partir desses dados possvel

calcular as principais dimenses de cada lagoa.


Espelho de gua 775,00 255,00

Meia profundidade 770,00 250,00Fundo 765,00 245,00


20/33

20

Clculo da taxa de aplicao superficial de DBO ():

diahakgDBOxxA

DBOr./24010

775255

4752 4===

(recomendado 100 a 350kgDBO/ha.dia)

LAGOA DE MATURAO

Adotando o tempo de deteno hidrulico (TDH) = 7 dias (valor consideradobom)

Clculo do volume da lagoa de maturao (V):

3

332640475207. mxQmdTDHV ===

Adotando altura til (hu) = 1,0m (tpico 0,6 a 1,20m)

Clculo da rea da lagoa de maturao meia altura (A):

23326401

332640m

hu

VA ===

Assim, sero quatro lagoas de maturao em paralelo cuja dimenso meiaprofundidade : 150x560m

Relao L/B = 3,7

A inclinao dos taludes ser adotada em funo das caractersticas do terreno = 1V /2H e a borda livre adotada ser de 0,60m. A partir desses dados possvel calcular asprincipais dimenses de cada lagoa.


Espelho de gua 562,00 152,00

Meia profundidade 560,00 150,00Fundo 558,00 148,00


21/33

21

Estimativa do nmero mais provvel de coliformes fecais no efluente final:

Considerando lagoas de fluxo disperso, tem-se o modelo de WEHNER & WILHEM:

Em que,

N0: nmero de coliformes fecais no afluente (NMP/100mL)

N: nmero de coliformes fecais no efluente (NMP/100mL)

d: coeficiente de disperso (d=0 fluxo pisto e d=mistura completa)

L: comprimento da lagoa (m)

B: largura da lagoa (m)

kd: constante de reao (dia-1)Lagoa facultativa: kd= 0,2 a 0,4 d-1

Lagoa de maturao: kd= 0,3 a 0,8 d-1

: tempo de deteno hidrulico (dia)

Estimativa do nmero mais provvel de coliformes fecais no efluente final:

Dados:No = 2,4 x 107 NMP/100mL (Esgoto bruto)kd = 0,3 d-1(Lagoa facultativa)

kd = 0,6 d-1(Lagoa de maturao)

Estimativa de coliformes fecais nas Lagoas facultativas:

L/B = 3,1

d = 0,3018

kd = 0,3 d-1

= 20,0 diasa = 2,87

( )

( ) ( ) ( ) ( )da

da

d

eaea

ea

N

N

2222

21

0 .1.1

..4

+

= dka d ...41 +=

( )( ) ( )( )2/.014,1/.254,0261,0

/BLBL

BLd++

=

( )

( ) ( )( )2/.014,1/.254,0261,0/

BLBL

BLd

++

=

dka d ...41 +=


22/33

22

N/No = 3,64 x 10-1

No = 2,4 x 107 NMP/100mLN = 3,64 x 10-1 . 2,4 x 107 = 8,7 x 106 NMP/100mL

Estimativa de coliformes fecais nas Lagoas de maturao (3 em srie):

L/B = 3,7= 7,0 dias

kd = 0,6 d-1

No = 8,7 x 106 NMP/100mL

Lagoa de maturao 1: No = 8,7 x 106 NMP/100mLd = 0,2541a = 2,30N/No = 6,54 x 10-2

N = 5,7 x 105NMP/100mL


N = 3,7 x 104NMP/100mL


N = 2.420 NMP/100mL

( )

( ) ( )

( ) ( )

da

da

d

eaea

ea

N

N

2222

21

0 .1.1

..4

+

=


23/33

23

Exerccio de lagoa aerada aerbia seguida por lagoa dedecantao de lodo

DADOS:

VAZES DE PROJETO

INCIO:Qmn = 275 L/sFINAL:Qmx = 1000 L/sQmd= 550 L/s = 47520 m3/dia

LAGOA AERADA AERBIA

DBO mdia na entrada da lagoa (So) = 275 mg/L = 0,275 Kg/m3 Carga de DBO na entrada da lagoa = 0,275x47520 = 13068 Kg/dia

Tempo de deteno hidrulico (TDH) = 3 dias (tpico 2 a 4 dias, < 5dias) Coeficiente de produo de slidos (Yobs) = 0,58 dia-1

Clculo do volume da lagoa (V):

314256047520.3. mdiasQmdTDHV ===

Clculo da rea da lagoa (A):

Adotando profundidade da lagoa (h) = 3,50m (Tpica de 2,5 a 5,0m)

2407315,3

142560m

h

VA ===

Assim, sero dez lagoas aeradas em paralelo cuja dimenso meia profundidade :45x91m

Relao L/B = 2,0

A inclinao dos taludes ser adotada em funo das caractersticas do terreno = 1V /2H e a borda livre adotada ser de 0,60m. A partir desses dados possvel calcular as

principais dimenses de cada lagoa.


Espelho de gua 98,00 52,00Meia profundidade 91,00 45,00

Fundo 84,00 38,00


24/33

24

Clculo da taxa de aplicao superficial de DBO (s):

diahakgDBOx

x

oreaespelh

DBOs ./2564

)5298(101013068 4

===

(tpico 1000 a 3000kgDBO/ha.dia)

Clculo da DBO de sada do efluente (Se):

Adotando 80% de eficincia de remoo de DBO, temos uma DBO de sada do efluente(Se):

Se = 0,2xSo = 0,2x0,275 = 0,055 Kg/m3

Estimativa da produo de slidos suspensos (P):

diaKgxxSeSoQmdYobsP /6064)055,0275,0(4752058,0).(. ===

SISTEMA DE AERAO

Temperatura mdia de inverno (Ti) = 15C Temperatura mdia de vero (Tv) = 25

Pode-se considerar a necessidade de O2como sendo 1,2Kg O2/KgDBO removida paralagoas aeradas. Deve-se adotar a temperatura do vero (situao mais crtica em termosde necessidade de O2). Ento, corrige-se a DBO para essa temperatura.

3)2025()2025(2025 /346,0047,1275,0047,1 mKgxxDBODBO ===

(na entrada)

3)2025()2025(2025 /069,0047,1055,0047,1 mKgxxDBODBO ===

(sada da

lagoa)

3/277,0069,0346,0 mKgDBOremovida ==

Clculo da carga de DBO diria removida (DBOdiria):

diaKgDBOxxQmdDBODBOdiria removida /1316347520277,0 ===

Clculo da necessidade total de O2(OD):

hkgOdiaKgOxDBOdiriaKgDBOKgOOD /1097/26326131632)).(/2( 222 ====Clculo da potncia dos aeradores mecnicos (Pot):

Adotando aeradores de baixa rotao de 40CV com capacidade de transferncia deoxignio de 0,41 kgO2/CV.hora, dimetro de influncia de mistura de 30 m eprofundidade de alcance de 4 m, tem-se:


25/33

25

CVC

ODPot 2676

41,0

1097===

Portanto, para cada lagoa a potncia necessria de aproximadamente 268CV.

Considerando a rea superficial da lagoa (98 x 52 m), o dimetro de influncia doaerador (30 m) e a potncia necessria, pode-se prever 8 aeradores de 40CV resultandona capacidade instalada total de 10 lagoas x 8 aeradores/lagoa x 40CV = 3200CV ou320CV por lagoa.

Verificao da densidade de potncia resultante (dp):

3/1614333

5,735320)(mW

x

Vu

wattsPotnciadp === > 3W/m3 OK! (tpico 3 a 5 W/m3)

LAGOA DE DECANTAO

Tempo de deteno = 1 dia (tpico entre 1 e 2 dias)Tempo de retirada do lodo = 2 anos (tpico entre 2 e 4 anos)

Clculo do volume da lagoa (Vs):

O volume da lagoa de sedimentao dado pela somatria do volume de decantao(Vdec) com o volume de armazenamento do lodo (Vlodo).

Clculo do volume de decantao (Vdec):3475201475201. mxdiaQmdVdec ===

Clculo do lodo retido anualmente X:

anoKgxPX /1106680)365).(6064.(5,05,0 ===

Admitindo-se que a concentrao de slidos totais no lodo adensado seja de 50Kg/m3eo tempo de acmulo de 2 anos, tem-se:

344267501106680250 mxXVlodo ===

Ento,3917874426747520 mVlodoVdecVs =+=+=

Clculo da rea total da lagoa (As):

Admitindo-se profundidade (h) = 4,0m

222947

4

91787m

h

VsAs ===

Considerando 10 lagoas de decantao, a rea de cada lagoa de 2295 m2.


26/33

26

Exerccio de filtro biolgico de alta taxa

DADOS:

VAZES DE PROJETOo

Qmn = 275 L/so Qmx = 1000 L/s

o Qmd = 550 L/s = 47520 m3/dia DBO = 200mg/L = (0,200Kg/m3) x (47520 m3/dia) = 9504kg/dia

PARMETROS DE PROJETOo Taxa de aplicao superficial - pedra: 10 a 40m3/m2.dia e plstico: 10 a

75m3/m2.diao Carga orgnica volumtrica pedra: 0,4 a 2,5KgDBO/m3.dia e plstico:

0,5 a 3,0KgDBO/m3.diao Profundidade pedra: 1,5 a 2,5m e plstico: 4,0 a 12,0mo

Razo de recirculao pedra: 1 a 2 e plstico: 1 a 3o rea dos furos da laje de fundo: 15% da rea da laje de fundoo rea de ventilao: 1% da rea superficial

Figura 6 - Esquema do Filtro Biolgico

Clculo da taxa de recirculao (R):

Admitir que:- DBO solvel no lquido recirculado = Se = 20mg/L (tpico 10 a 30mg/L)- DBO aplicada ao filtro = Si = 100mg/L (tpico 50 a 150mg/L)- Eficincia do decantador primrio na remoo de DBO = 30% (tpico 25 a

35%)


27/33

27

DBO efluente ao decantador primrio = So = (1 - 0,30).200 = 140mg/L

QRQmd

SexQRSxQmdSi

+

+=

0

QR

xQRx

+

+=

47520

)20()14047520(100

diamQR /23760 3=

Assim a taxa de recirculao :

5,047520

23760===

Qmd

QRR

Clculo da vazo aplicada no filtro (Qaplic):

diamQmdQRQaplic /712804752023760 3=+=+=

Clculo da carga de DBO afluente ao filtro:

Carga DBO= Qaplic. x Si= 71280 (100 x 10-3) = 7128kg/dia

Clculo do volume til do filtro biolgico (Vf):

Considerando o meio suporte de pedra britadaCOV = 1,2kg/m3.dia (adotado)

Vf = Carga DBO / COV = 7128/1,2 = 5940m3

Clculo da rea superficial do filtro biolgico (Asf):

Adotando a profundidade do filtro (h) = 2,0m

Af = Vf/h = 5940/2 = 2970m2

Devero ser utilizados quatro filtros de 31m de dimetro, perfazendo uma rea de755m2e volume de 1510m3por filtro.

Verificao da taxa de aplicao superficial (TAS):

hmmdiammAf

QaplicTAS /983./6,23

7554

71280 23==

== (tpico 10 a 40m3/ m2.dia)

rea necessria de aberturas para a ventilao:

Aaber= 0,01. Af = 0,01(755) = 7,55m2


28/33

28

rea de drenagem dos esgotos sada do filtro:

Adren= 0,15. Af = 0,15(755) = 113,25m2

Dimensionamento do distribuidor rotativo:

Para o clculo da velocidade de rotao do aspersor (n), utiliza-se a seguintefrmula:

naITAS = Onde:TAS taxa de aplicao superficial em mm/h (recomenda-se que seja

800mm/h)I intensidade de lavagem adotada = 4mm/rotao (pedra britada: 2 a

6mm/rotao do brao; meio plstico: 3 a 9mm/rotao do brao)a nmero de braos de aspersores = 2 (tpico 2 ou 4)n velocidade de rotao dos braos do aspersor (tpico de 50 a 400 rph):

rphaI

TASn .123

24

983=

=

=


29/33

29

Exerccio de clorao

DADOS:

VAZES DE PROJETOQmn = 275 L/sQmx = 1000 L/s

Qmd = 550 L/s = 47520 m3/dia Profundidade da lmina lquida: 3,5 m Dosagem mxima de cloro: 2,5 mg/L (determinada por meio de ensaio em

batelada em aparelho deJar Test) Tempo de contato: 30 min

Clculo do volume do tanque de contato:

Q

Volh =

33 800.1min/60.min30./0,1. mssmQVhol

===

Definio da geometria do tanque de contato:

2

3

5155,3800.1

mm

m

H

VA olS ==

Relao L/B = 3 a 4

Admitindo uma relao entre o comprimento e sua largura igual a 3, tem-se que:

22 515.3. mBLBAS

=== mB 10,13=

Portanto, adota-se:

B = 13,0 m e L = 40,0 m

Determinao do nmero de cmaras (n):

Admitindo L/b = 10, L/b 40 e b = B/n

L/(B/n) = 10 n = 10.B/L = 10(13)/40 = 3,25 n = 4 cmaras

b = B/n = 13/4 = 3,25 m

L/b = 40(4)/3,25 = 49

40 Ok!


30/33

30

Clculo do consumo dirio de cloro

CQtempo

MassaConsumo .==

diakgClkgg

mgdiamConsumo /216

/000.1

/5,2./400.862

33

==

Dimensionamento da quantidade a armazenar

Considerando otempo de armazenagem de 20 dias, tem-se:

2320.420./216 kgCldiasdiakgConsumo ==

Opo 1 : Cloro gasoso (Cl2)Sabendo que cada cilindro de cloro gasoso tem aproximadamente 900 kg, tem-se:

Nmero de cilindros N = 4320/900 = 4,8 cilindros

Portanto, adota-se: 5 Cilindros de 1 tonelada cada

13,0

40,0

3,253,25


31/33


32/33

32

Exerccio de desinfeco com radiao ultravioleta (UV)

DADOS:

VAZES DE PROJETOQmn = 275 L/sQmx = 1000 L/s

Qmd = 550 L/s = 47520 m3/dia Concentrao mdia de DQO: 83 mg/L Concentrao mdia de SST: 30 mg/L Turbidez mdia (T) =18 UT Densidade mdia de coliformes fecais (No) =1,0 105NMP/100mL Absorbncia (Abs) = 0,229 cm1 Em experimentos com reator em batelada e em fluxo contnuo realizados

com efluente com caractersticas semelhantes ao em questo, foi observada

uma dose efetiva de 21 mJ/cm2

para atingir o padro de efluentedesinfetado desejado N < 1,0 103NMP/100 mL. Ou seja, Dose de UV (D) =21 mJ/cm2 (mJ = mW.s)

Espessura de lmina lquida de (e) = 4,0 cm (tpico 2 a 6 cm) Tempo de exposio mnimo (tmn) = 40 segundos (tpico 60 seg) Lmpadas emersas - O reator UV dever ser composto por lmpadas UV de

baixa presso e baixa intensidade, cada uma com 30 W de potncia nominal,com eficincia de P254= 8,3 W a 254 nm no incio de funcionamento e aps 100horas de uso. A eficincia de reflexo da radiao UV (254 nm) estimada para orefletor de alumnio de f = 70%.

Clculo do volume do reator (V):

V = Qmx . tmn = 1000 x 10-3. 40 = 40 m3

Clculo da rea superficial do reator (A):

A = V/e = 40 / 0,04 = 1000 m2

As lmpadas podem ser distribudas em 210 mdulos, cada um com largura(L) de 0,95 m e comprimento (B) de 5,0 m.

Clculo do nmero de lmpadas em cada mdulo (n):

A

tmnfPnDeAbsDa

eAbs

...

)exp1(

...303,2 254..303,2

=

=

Onde,Da = dose aplicadaAbs = absorbncia a 254 nm (cm-1)e = espessura da lmina lquida (cm)D = dose efetiva (mJ/cm2)

n = nmero de lmpadasP254= eficincia da lmpada (mW)


33/33

33

f= eficincia de reflexotmn = tempo de exposio mnimo (seg)A = rea superficial do tanque de contato (m2)

)1.(40.7,0.103,8)100,595,0.(21.4.229,0.303,2

)exp1(......303,2

4).229,0(303,23

4

..303,2254

== ex

xx

tmnfP

ADeAbsn eAbs

n = 10 lmpadas em cada mdulo.

Exercícios de dimensionamento de Unidades de Tratamento de Esgoto

Documents

Transcript of Exercícios de dimensionamento de Unidades de Tratamento de Esgoto