8/10/2019 Exerccios de dimensionamento de Unidades de Tratamento de Esgoto
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UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBINSTITUTO DE RECURSOS NATURAIS
LABORATRIO DE SANEAMENTO
EXERCCIOS DE DIMENSIONAMENTO DEUNIDADES DE TRATAMENTO DE ESGOTO
PROFa. Dra. HERLANE COSTA CALHEIROS
2011
8/10/2019 Exerccios de dimensionamento de Unidades de Tratamento de Esgoto
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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
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Clculo do rebaixo (Z):
minmax
max)min(min)max(
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!
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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
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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
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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)
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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
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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
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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
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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
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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)
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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
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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)
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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
===
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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)
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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!
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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
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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.
Dimenso Comprimento (m) Largura (m)Terreno 777,40 257,40
Espelho de gua 775,00 255,00
Meia profundidade 770,00 250,00Fundo 765,00 245,00
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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.
Dimenso Comprimento (m) Largura (m)Terreno 564,40 154,40
Espelho de gua 562,00 152,00
Meia profundidade 560,00 150,00Fundo 558,00 148,00
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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 +=
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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
Lagoa de maturao 2: No = 5,7 x 105 NMP/100mLd = 0,2541a = 2,30N/No = 6,54 x 10-2
N = 3,7 x 104NMP/100mL
Lagoa de maturao 3: No = 3,7 x 104 NMP/100mLd = 0,2541a = 2,30N/No = 6,54 x 10-2
N = 2.420 NMP/100mL
( )
( ) ( )
( ) ( )
da
da
d
eaea
ea
N
N
2222
21
0 .1.1
..4
+
=
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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.
Dimenso Comprimento (m) Largura (m)Terreno 100,40 54,40
Espelho de gua 98,00 52,00Meia profundidade 91,00 45,00
Fundo 84,00 38,00
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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:
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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.
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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%)
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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
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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=
=
=
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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!
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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
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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)
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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.
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