19590008 Lodos Ativados Von Sperling
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LODOS ATIVADOSLODOS ATIVADOS
Marcos von SperlingMarcos von Sperling
Universidade Federal de Minas Gerais
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LODOS ATIVADOSLODOS ATIVADOSPrograma
• Visão geral do processo de lodos ativados
• Princípios da remoção da matéria carbonácea
• Dimensionamento do reator biológico
• Controle dos sólidos do sistema
• Sistemas de aeração
• Dimensionamento e controle do decantador secundário
• Remoção biológica de nutrientes
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FUNDAMENTOS DO PROCESSOFUNDAMENTOS DO PROCESSOUnidades básicas
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LODOS ATIVADOSLODOS ATIVADOSETE Morro Alto - MG
COPASA, 10.000 hab
tanque deaeração
decantadorsecundário
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LODOS ATIVADOSLODOS ATIVADOSETE Arrudas - BH
COPASA, 700.000 hab
tanque deaeração
decantadorsecundário
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LODOS ATIVADOSLODOS ATIVADOSETE Sul - Brasília CAESB, 330.000 hab
LagoaParanoá
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LODOS ATIVADOSLODOS ATIVADOSETE na Alemanha (inverno)
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VARIANTES DO PROCESSOVARIANTES DO PROCESSOTipos de variantes
• Divisão quanto à idade do lodo• Lodos ativados convencional• Aeração prolongada
• Divisão quanto ao fluxo• Fluxo contínuo• Fluxo intermitente (batelada)
• Divisão quanto ao afluente à etapa biológica do sistema de lodos ativados• Esgoto bruto• Efluente de decantador primário• Efluente de reator anaeróbio• Efluente de outro processo de tratamento de esgotos
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VARIANTES DO PROCESSOVARIANTES DO PROCESSOAeração prolongada - fluxo contínuo
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LODOS ATIVADOSLODOS ATIVADOSReator aeróbio
Aeração mecânica Ar difuso
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LODOS ATIVADOSLODOS ATIVADOSDecantador secundário
Circular, comremoçãomecanizadado lodo
Retangular, semremoçãomecanizadado lodo
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VARIANTES DO PROCESSOVARIANTES DO PROCESSOLodos ativados convencional - fluxo contínuo
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VARIANTES DO PROCESSOVARIANTES DO PROCESSOLodos ativados convencional - fluxo contínuo
Utilização de decantadores primários
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VARIANTES DO PROCESSOVARIANTES DO PROCESSOAeração prolongada - fluxo intermitente
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LODOS ATIVADOSLODOS ATIVADOSFluxo intermitente
ETE em um condomínio(NA variável no reator)
ETE Riacho Fundo - DF(3 reatores aeróbios eum digestor aeróbio)
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VARIANTES DO PROCESSOVARIANTES DO PROCESSOSistema UASB - lodos ativados
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LODOS ATIVADOSLODOS ATIVADOSReator UASB - lodos ativados
Vantagens:• Substancial redução da produção de lodo• Substancial redução no consumo de energia• Pequena redução no volume total das unidades• Redução no consumo de produtos químicos para desidratação• Menor número de unidades diferentes a serem implementadas• Menor necessidade de equipamentos• Maior simplicidade operacional
Desvantagem:• Menor capacitação para remoção biológica de nutrientes (N e P)
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LODOS ATIVADOSLODOS ATIVADOSReator UASB - lodos ativados
Lodos ativados
Reator UASB
ETE Rio Claro – SP
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LODOS ATIVADOSLODOS ATIVADOSReator UASB - lodos ativados
REC.AG.UTIL
DE LODO (AMPLIAÇÃO)
ÁREA DE DEPÓSITO
SIST. DE
CA
NA
L D
O E
FLU
EN
TE
PARSHALL
DE LODOÁREA DE DEPÓSITO
E SECAGEM DE LODO
SISTEMA DE ADENSAMENTO
SUB ESTAÇÃO
SECUND.-4DECANT.
DECANT.SECUND.-3
RESERV. ELEVADO
GRADEAMENTO
DECANT.
SECUND.-2
ALMOXARIFADOLABORATÓRIO
ADMINISTRAÇÃODESARENADOR
SUB ESTAÇÃO
SECUND.-1DECANT.
TANQUE DE AERAÇÃO Nº 1
TANQUE DE AERAÇÃO Nº 2
TANQUE DE AERAÇÃO Nº 4(2ª ETAPA)
TANQUE DE AERAÇÃO Nº 3
CDV-1
Tanque deEqualização
Reator UASBTanque de Lodos Ativados
Dec 1Dec 2
ETE Botucatu – SP (100.000 hab) – conversão de aeração prolongada para USB-LA
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COMPARACOMPARAÇÇÃO ENTRE VARIANTES DO PROCESSOÃO ENTRE VARIANTES DO PROCESSOItem geral Item específico Modalidade
Convencional Aeração prolongada UASB – lodos ativadosIdade do
lodo Idade do lodo (d) 4 - 10 18 - 30 6 - 10Relação
A/MRelação A/M
(kgDBO/kgSSVTA.d) 0,25 a 0,50 0,07 a 0,15 0,25 a 0,40DBO (%) 85 - 95 93 - 98 85 – 95DQO (%) 85 - 90 90 - 95 83 - 90
Sólidos em suspensão (%) 85 - 95 85 - 95 85 - 95Amônia (%) 85 - 95 90 - 95 75 – 90
Nitrogênio (%) (1) 25 - 30 15 - 25 15 – 25Fósforo (%) (1) 25 - 30 10 - 20 10 - 20Coliformes (%) 60 - 90 70 – 95 70 – 95
Área requerida Área (m2/hab) (2) 0,2 - 0,3 0,25 - 0,35 0,2 – 0,3Volume
total Volume (m3/hab) (3) 0,10 – 0,15 0,10 – 0,15 0,10 – 0,12Potência instalada (W/hab) 2,5 – 4,5 3,5 – 5,5 1,8 – 3,5
Consumo energético (kWh/hab.ano) 18 - 26 20 – 35 14 – 20
A ser tratado - (L lodo/hab.dia) 3,5 – 8,0 3,5 – 5,5 0,5 – 1,0A ser disposto (L lodo/hab.dia) 0,10 – 0,25 0,10 – 0,25 0,05 – 0,15A ser tratado - (g ST/hab.dia) 60 - 80 40 - 45 20 – 30A ser disposto (g ST/hab.dia) 30 - 45 40 - 45 20 – 30
Implantação (R$/hab) 80 - 150 70 – 120 60 – 100Operação (R$/hab.ano) 10 – 18 10 - 18 7 – 12Custos
Massa de lodo
Volume de lodo (5)
Energia (4)
Eficiência de remoção
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LODOS ATIVADOSLODOS ATIVADOSUASB – LA comparado com UASB-FBP (filtro biológico percolador)
VOLUME DE CONCRETO
0
2.000
4.000
6.000
8.000
10.000
Vol
ume
(m3)
Dec.sec. 2.865 2.493
Reator aeróbio 2.352 6.064
LAconv FBP escória
POTÊNCIA INSTALADA PARA AERAÇÃO
2500
00
500
1000
1500
2000
2500
3000
LAconv FBP escória
Pot
ênci
a (C
V)
VOLUME DIÁRIO DE LODO A SER DISPOSTO
8676
0102030405060708090
100
LAconv FBP escória
Vol
ume
(m3/
d)ETE para 1.000.000 hab
LA – com nitrificaçãoFBP – sem nitrificação
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LODOS ATIVADOSLODOS ATIVADOSUASB – LA comparado com UASB-FBP
CUSTOS ANUAIS DE OPERAÇÃO
0
500.000
1.000.000
1.500.000
2.000.000
2.500.000
Cus
to (R
$/an
o)
Aeração 1.829.118 0
Disposição lodo 470.850 416.100
LAconv FBP escória
CUSTOS DE IMPLANTAÇÃO
0
5.000.000
10.000.000
15.000.000
Cus
to (R
$)
Distrib. FBP 0 1.476.000
Remov . lodo 1.920.000 2.048.000
Meio suporte FBP 0 660.129
Aeração 5.727.500 0
Concretagem 5 704 064 9 543 961
LAconv FBP escória
CUSTOS (VALOR PRESENTE)
0
5.000.000
10.000.000
15.000.000
20.000.000
25.000.000
30.000.000
Cus
to (R
$)
Operação 12.995.334 2.351.058
Implantação 13.351.564 13.728.090
LAconv FBP escória
CUSTOS POR kgDBO(C+N) REM(VALOR PRESENTE)
0,08
0,260,08
0,04
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
0,30
0,35
LAconv FBP escória
Cus
tos
(R$/
kgD
BO
)Oper (R$/kg)
Impl (R$/kg)
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TRATAMENTO DO LODOTRATAMENTO DO LODOFluxogramas usuais
ADENSAMENTOFASE LÍQUIDA DIGESTÃO DISPOSIÇÃO FINALDESIDRATAÇÃO HIGIENIZAÇÃO
ATERRO SANITÁRIO
ATERRO SANITÁRIO
ADENSADORGRAVIDADE
DIGESTORANAERÓBIO
INCINERAÇÃO
ADENSADORPOR GRAVIDADE
APLICAÇÃO NO SOLO
APLICAÇÃO NO SOLO
REUSO NÃO AGRÍCOLA
APLICAÇÃO NO SOLO
LODOS ATIVADOSCONVENCIONAL
LODOSATIVADOS(AERAÇÃO
PROLONGADA)
DESIDRATAÇÃOMECANIZADA
DESIDRATAÇÃOMECANIZADA
ADENSAMENTOMECANIZADO
ADENSAMENTOMECANIZADO
DIGESTORAERÓBIO
DESIDRATAÇÃOMECANIZADA
DESIDRATAÇÃOMECANIZADA
LEITO DESECAGEM
LEITO DESECAGEM
DESIDRATAÇÃOMECANIZADA
DESIDRATAÇÃOMECANIZADA
ADIÇÃODE CAL
ADIÇÃODE CAL
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TRATAMENTO DO LODOTRATAMENTO DO LODOAdensamento
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TRATAMENTO DO LODOTRATAMENTO DO LODODigestão
Digestãoaeróbia
Digestãoanaeróbia
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TRATAMENTO DO LODOTRATAMENTO DO LODODesaguamento
Leito de secagem Desaguamento mecanizado
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REMOREMOÇÇÃO DA MATÃO DA MATÉÉRIA CARBONRIA CARBONÁÁCEACEABalanço de sólidos e substrato
Sistema sem decantação secundária e sem recirculação de lodo
So = concentração de substrato, ou DBO, afluente (mg/l ou g/m3)S = concentração de substrato, ou DBO, efluente (mg/l ou g/m3)Q = vazão (m3/d)X = concentração de sólidos em suspensão no reator (mg/l ou g/m3)Xo = concentração de sólidos em suspensão afluente (mg/l ou g/m3)V = volume do reator (m3)
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REMOREMOÇÇÃO DA MATÃO DA MATÉÉRIA CARBONRIA CARBONÁÁCEACEABalanço de sólidos e substrato
Sistema com decantação secundária e sem recirculação de lodo
Xe = concentração de sólidos em suspensão efluente (mg/l ou g/m3)
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REMOREMOÇÇÃO DA MATÃO DA MATÉÉRIA CARBONRIA CARBONÁÁCEACEABalanço de sólidos e substrato
Sistema com decantação secundária e com recirculação de lodo
Qr = vazão de recirculação (m3/d)Qex = vazão de lodo excedente (m3/d)Xr = concentração de sólidos em suspensão no lodo recirculado (mg/l ou g/m3)
![Page 30: 19590008 Lodos Ativados Von Sperling](https://reader033.fdocumentos.tips/reader033/viewer/2022042516/55cf970c550346d0338f790c/html5/thumbnails/30.jpg)
REPRESENTAREPRESENTAÇÇÃO DA BIOMASSAÃO DA BIOMASSAFloco de lodo ativado
bactérias formadorasde floco
protozoários
partículas coloidaisaderidas
bactérias filamentosas(estrutura rígida do floco)
matriz de polissacarídeos
FLOCO DE LODO ATIVADO
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REPRESENTAREPRESENTAÇÇÃO DA BIOMASSAÃO DA BIOMASSARepresentação dos sólidos em suspensão
Quanto à biodegradabilidade:1.Sólidos em suspensão voláteis biodegradáveis (SSbou Xb)2.Sólidos em suspensão voláteis inertes ou não biodegradáveis (SSnb ou Xnb)
Quanto à atividade:1.Sólidos em suspensão voláteis ativos (SSa ou Xa)2.Sólidos em suspensão voláteis não ativos (SSna ou Xna)
Quanto à fração orgânica
Sólidos em suspensão inorgânicos (fixos)(SSi ou Xi)
Sólidos em suspensão orgânicos (voláteis)(SSV ou Xv)
Sólidos em suspensão totais (SS ou X)
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TEMPO DE DETENTEMPO DE DETENÇÇÃO HIDRÃO HIDRÁÁULICA E IDADE DO LODOULICA E IDADE DO LODOSistema sem recirculação de sólidos
tempode unidadepor sistema do retirado líquido de volumesistema no líquido de volume = hidráulica detenção de tempo
t = VQ
idade do lodo = massa de sólidos no sistema
massa de sólidos retirada do sistema por unidade de tempo
θc = VQ
θcV
V = X V
X Q.. t c= θ
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TEMPO DE DETENTEMPO DE DETENÇÇÃO HIDRÃO HIDRÁÁULICA E IDADE DO LODOULICA E IDADE DO LODOSistema com recirculação de sólidos
tempode unidadepor sistema do retirado líquido de volumesistema no líquido de volume = hidráulica detenção de tempo
t = VQ
idade do lodo = massa de sólidos no sistema
massa de sólidos retirada do sistema por unidade de tempo
θcv
ex vr
X VQ X
=.
. t c< θComo Qex << Q:
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REMOREMOÇÇÃO DA MATÃO DA MATÉÉRIA CARBONRIA CARBONÁÁCEACEAProdução de sólidos biológicos
PXV = Y.Q.(So-S)
carga de DBO removida (kg/d)
Produçãobruta
Y = 0,5 a 0,7 gSSV/gDBO5 removQ = vazão média afluente (m3/d)So = DBO total afluente ao reator biológico (mg/L)S = DBO solúvel efluente do reator biológico (mg/L)
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REMOREMOÇÇÃO DA MATÃO DA MATÉÉRIA CARBONRIA CARBONÁÁCEACEAProdução de sólidos biológicos
PXV = Y.Q.(So-S) – Kd.fb.XV.V
massa de sólidos biodegradáveis (kg)
Produçãolíquida
Produçãobruta - Decaimento=
c =
θ.K0,2.+18,0 f
db
Y = 0,5 a 0,7 gSSV/gDBO5 remov
Kd = 0,06 a 0,10 gSSV/gSSV.d
Idade do lodo (d) 4 8 12 16 20 24 28 32
fb 0,75 0,71 0,67 0,64 0,61 0,58 0,55 0,53
(paraKd = 0,08d-1)
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REMOREMOÇÇÃO DA MATÃO DA MATÉÉRIA CARBONRIA CARBONÁÁCEACEAInfluência da idade do lodo na relação SSV/SS
Relação SSV/SS no reator
Idade do lodo (d)
0,6
0,7
0,8
0,9
1
0 5 10 15 20 25 30
Obs: aumento da idade do lodo diminuição da relação A/M
Relação SSV/SS no reator(kg/kg)
SS no Decant. Coeficientes Idade do lodo (d) afluente primária Y (g/g) Kd (d-1) 2 6 10 14 18 22 26 30
Não Não 0,5-0,7 0,07-0,09 0,89 0,87 0,85 0,84 0,83 0,82 0,81 0,81 Sim Sim 0,5-0,7 0,07-0,09 0,79 0,76 0,75 0,73 0,72 0,71 0,71 0,71 Sim Não 0,5-0,7 0,07-0,09 0,75 0,73 0,71 0,70 0,69 0,69 0,68 0,68
![Page 37: 19590008 Lodos Ativados Von Sperling](https://reader033.fdocumentos.tips/reader033/viewer/2022042516/55cf970c550346d0338f790c/html5/thumbnails/37.jpg)
REMOREMOÇÇÃO DA MATÃO DA MATÉÉRIA CARBONRIA CARBONÁÁCEACEAConcentração de sólidos em suspensão no reator
(Xv ou SSVTA)
vo
d b c
cX = Y.(S - S)1 + K .f .
.(t
)θ
θ
Sistema sem recirculação de sólidos: θc = t Xv pequeno V grandeSistema com recirculação de sólidos: θc > t Xv grande V pequeno
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REMOREMOÇÇÃO DA MATÃO DA MATÉÉRIA CARBONRIA CARBONÁÁCEACEAVolume do reator
Cálculo com base na idade do lodo
)θ.f.K+.(1XS)-.Q.(SY.θ = V
cbdv
oc
Idade do lodo:•lodos ativados convencional: 4 a 10 dias•aeração prolongada: 18 a 30 dias
Concentração de SSVTA (Xv):•lodos ativados convencional: 1500 a 3500 mg/L•aeração prolongada: 2500 a 4000 mg/L
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REMOREMOÇÇÃO DA MATÃO DA MATÉÉRIA CARBONRIA CARBONÁÁCEACEAInfluência da idade do lodo no volume do reator
Massa de SSV (Xv.V) por DBO remov. (Sr)
Idade do lodo (d)
0
2
4
6
8
10
0 5 10 15 20 25 30
Volume relativo do reator: Xv.V/Sr (kgSSV por kgDBO/d)SS no Decant. Coeficientes Idade do lodo (d)
afluente primária Y (g/g) Kd (d-1) 2 6 10 14 18 22 26 30 - - 0,5 0,09 0,88 2,16 3,11 3,88 4,55 5,15 5,71 6,24 - - 0,6 0,08 1,07 2,67 3,87 4,85 5,70 6,47 7,17 7,84 - - 0,7 0,07 1,26 3,21 4,69 5,92 6,98 7,93 8,80 9,62
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REMOREMOÇÇÃO DA MATÃO DA MATÉÉRIA CARBONRIA CARBONÁÁCEACEAVolume do reator - cálculo com base na relação A/M
AM
= Q.SV.X
0
v
(A/M) .X1000 x DBO carga
(A/M) .XS . QV
v
LA afluente
v
o ==
Relação A/M:•lodos ativados convencional: 0,3 a 0,5 kgDBO/kgSSVTA.d•aeração prolongada: 0,10 a 0,18 kgDBO/kgSSVTA.d
Concentração de SSVTA (Xv):•lodos ativados convencional: 1500 a 3500 mg/L•aeração prolongada: 2500 a 4000 mg/L
![Page 41: 19590008 Lodos Ativados Von Sperling](https://reader033.fdocumentos.tips/reader033/viewer/2022042516/55cf970c550346d0338f790c/html5/thumbnails/41.jpg)
REMOREMOÇÇÃO DA MATÃO DA MATÉÉRIA CARBONRIA CARBONÁÁCEACEARelação entre idade do lodo e A/M
Relação A/M em função da idade do lodo
0,000,100,200,300,400,500,600,700,800,901,001,101,20
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30Idade do lodo (d)
Rel
ação
A/M
(kgD
BO
/kgS
SV.d
)
Y=0,5; Kd=0,09d-1
Y=0,6; Kd=0,08d-1
Y=0,7; Kd=0,07d-1
Relação A/M (kgDBO5/kgSSV.d) em função da idade do lodo (d) (assumindo E=0,95)Idade do lodo (d)
Y (g/g) Kd (d-1) 2 4 6 8 10 18 20 22 24 26 28 30
0,5 0,09 1,20 0,67 0,49 0,40 0,34 0,23 0,22 0,20 0,19 0,18 0,18 0,17
0,6 0,08 0,99 0,54 0,39 0,32 0,27 0,18 0,17 0,16 0,15 0,15 0,14 0,13
0,7 0,07 0,83 0,46 0,33 0,26 0,22 0,15 0,14 0,13 0,13 0,12 0,11 0,11
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REMOREMOÇÇÃO DA MATÃO DA MATÉÉRIA CARBONRIA CARBONÁÁCEACEAPrincipais parâmetros de projeto
Idade do lodo:
• lodos ativados convencional: θc = 4 a 10 dias• aeração prolongada: θc = 18 a 30 dias
Tempo de detenção hidráulica:
• lodos ativados convencional: t = 6 a 8 horas (< 0,3 dias)• aeração prolongada: t = 16 a 24 horas (0,67 a 1,0 dias)
Relação A/M:
• lodos ativados convencional: A/M = 0,3 a 0,8 kgDBO5/kgSSV.d• aeração prolongada: A/M = 0,08 a 0,15 kgDBO5/kgSSV.d
Concentração de SSVTA:
• lodos ativados convencional: Xv = 1.500 a 3.500 mgSSV/l• aeração prolongada: Xv = 2.500 a 4.000 mgSSV/l
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REMOREMOÇÇÃO DA MATÃO DA MATÉÉRIA CARBONRIA CARBONÁÁCEACEADBO solúvel e DBO particulada efluente
DBO5 total = DBO5 solúvel + DBO5 particulada
a) DBO total (mg/l): usual 10 a 30 mg/l (para projeto)
b) DBO particulada (mg/l): função da concentração de SS no efluente final
DBO5 dos SS efluentes (mgDBO5/mgSS) = (SSV/SS).fb
Lodos ativados convencional: 0,45 a 0,65 mgDBO5/mgSSAeração prolongada: 0,25 a 0,50 mgDBO5/mgSS
SS efluente : 20 a 30 mg/l (para projeto)
c) DBO solúvel (mg/l) = DBO total (mg/l) – DBO particulada (mg/l)
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LODOS ATIVADOS CONVENCIONALLODOS ATIVADOS CONVENCIONALE AERAE AERAÇÇÃO PROLONGADAÃO PROLONGADA
Parâmetros de projeto - Reator biológico
Parâmetro Lodosativados
convencional
Aeraçãoprolongada
Idade do lodo (d) 4 - 10 18 - 30Relação A/M (kgDBO5/kgSSVTA.d) 0,3 - 0,8 0,08 - 0,15Concentração de SSVTA (mg/l) 1500 - 3500 2500 - 4000SS efluente (mg/l) 10 - 30 10 - 30Razão de recirculação (Qr/Q) 0,6 - 1,0 0,8 - 1,2Concentração média de OD no reator (mg/l) 1,5 - 2,0 1,5 - 2,0Tempo de detenção hidráulica (h) 6 - 8 16 - 24Concentração de SSTA (mg/l) 2000 - 4000 3500 - 5000Relação SSV/SS no reator (-) 0,70 - 0,85 0,60 - 0,75Fração biodegradável dos SSVTA (fb) (-) 0,55 - 0,70 0,40 - 0,65DBO5 solúvel efluente (mg/l) 5 - 20 1 - 4DBO5 dos SS efluentes (mgDBO5/mgSS) 0,45 - 0,65 0,20 - 0,50
![Page 45: 19590008 Lodos Ativados Von Sperling](https://reader033.fdocumentos.tips/reader033/viewer/2022042516/55cf970c550346d0338f790c/html5/thumbnails/45.jpg)
LODOS ATIVADOS CONVENCIONALLODOS ATIVADOS CONVENCIONALE AERAE AERAÇÇÃO PROLONGADAÃO PROLONGADA
Parâmetros de projeto - Reator biológico
Parâmetro Lodosativados
convencional
Aeraçãoprolongada
Produção de SSV por DBO5 removida (kgSSV/kgDBO5) 0,5 - 1,0 0,5 - 0,7Produção lodo secundário por DBO5 removida (kgSS/kgDBO5) 0,7 - 1,0 0,9 - 1,1Requisitos médios de O2 sem nitrificação (kgO2/kgDBO5) 0,7 - 1,0 -Requisitos médios de O2 com nitrificação (kgO2/kgDBO5) 1,1 - 1,5 1,5 - 1,8Requisitos de nutrientes - Nitrogênio (kgN/100kgDBO5) 4,3 - 5,6 2,6 - 3,2Requisitos de nutrientes - Fósforo (kgP/100kgDBO5) 0,9 - 1,2 0,5 - 0,6N remov. por DBO5 removida (kgN/100kgDBO5) 0,4 - 1,0 0,1 - 0,4P remov. por DBO5 removida (kgP/100kgDBO5) 4 - 5 2,4
![Page 46: 19590008 Lodos Ativados Von Sperling](https://reader033.fdocumentos.tips/reader033/viewer/2022042516/55cf970c550346d0338f790c/html5/thumbnails/46.jpg)
SISTEMA UASB SISTEMA UASB -- LODOS ATIVADOSLODOS ATIVADOS
Parâmetros de projeto - Reator biológico
Item Parâmetro Valor Idade do lodo (d) 6 a 10 Relação A/M (kg DBO/kgSSVTA.d) 0,25 a 0,40 Tempo de detenção hidráulica (h) 3 a 5 Concentração de SSVTA (mg/L) 1100 a 1500 Concentração de SSTA (mg/L) 1500 a 2000
Tanque de aeração
Relação SSV/SS no reator (-) 0,75 a 0,77 Requisitos médios de O2 – demanda carbonácea (kgO2/kgDQO aplicada ao LA) 0,35 a 0,50 Requisitos médios de O2 – demanda carbonácea (kgO2/kgDBO aplicada ao LA) 0,80 a 1,10 Requisitos médios de O2 – demanda para nitrificação (kgO2/kgNTK aplicado ao LA) 3,8 a 4,3 Requisitos médios de O2 – demanda para nitrificação (kgO2/kgN disponível) * 4,6 Relação consumo máximo O2 / consumo médio O2 1,2 a 1,5 Eficiência de oxigenação padrão (kgO2/kWh) 1,5 a 2,2
Sistema de aeração
Fator de correção: consumo O2 padrão / consumo O2 campo 1,5 a 1,8
![Page 47: 19590008 Lodos Ativados Von Sperling](https://reader033.fdocumentos.tips/reader033/viewer/2022042516/55cf970c550346d0338f790c/html5/thumbnails/47.jpg)
SISTEMA UASB SISTEMA UASB -- LODOS ATIVADOSLODOS ATIVADOS
Parâmetros de projeto
Item Parâmetro ValorProdução de lodo aeróbio exced. (retornado ao UASB) (kgSS/kgDBO removida no LA) 0,78 – 0,90Produção per capita de lodo aeróbio excedente (retornado ao UASB) (gSS/hab.d) 8 – 14Concentração de SS no lodo retornado ao UASB (mg/L) 3000 – 5000Eficiência de remoção de SSV do lodo aeróbio no reator UASB 0,25 – 0,45Produção de lodo anaeróbio (kgSS/kgDBO aplicada ao UASB) 0,28 – 0,36Produção per capita de lodo anaeróbio (gSS/hab.d) 14 – 18Produção de lodo misto total (a ser tratado) (kgSS/kgDBO aplicada ao sistema) 0,40 – 0,60Produção per capita de lodo misto total (a ser tratado) (gSS/hab.d) 20 – 30Produção volumétrica per capita de lodo misto total (a ser tratado) (L/hab.d) 0,5 – 1,0
Produção delodo
Concentração do lodo misto (aeróbio + anaeróbio) retirado do UASB (%) 3,0 – 4,0Produção per capita de SS no lodo a ser disposto (gSS/hab.d) 20 – 30Produção per capita de SS no lodo a ser disposto (gSS/hab.d) 20 – 30Produção volumétrica per capita de lodo a ser disposto (L lodo/hab.d) 0,05 – 0,15Teor de sólidos (centrífuga, filtro prensa de correias) (%) 20 – 30Teor de sólidos (filtro prensa) (%) 25 – 40
Tratamentodo lodo
Teor de sólidos (leito de secagem) (%) 30 – 45
![Page 48: 19590008 Lodos Ativados Von Sperling](https://reader033.fdocumentos.tips/reader033/viewer/2022042516/55cf970c550346d0338f790c/html5/thumbnails/48.jpg)
PROJETO DAS UNIDADESPROJETO DAS UNIDADES
Configuração física do reatorMistura completa
Fluxo em pistão,alimentação escalonada
![Page 49: 19590008 Lodos Ativados Von Sperling](https://reader033.fdocumentos.tips/reader033/viewer/2022042516/55cf970c550346d0338f790c/html5/thumbnails/49.jpg)
PROJETO DAS UNIDADESPROJETO DAS UNIDADES
Configuração física do reator
Valo de oxidação -Carrossel
![Page 50: 19590008 Lodos Ativados Von Sperling](https://reader033.fdocumentos.tips/reader033/viewer/2022042516/55cf970c550346d0338f790c/html5/thumbnails/50.jpg)
PROJETO DAS UNIDADESPROJETO DAS UNIDADES
Configuração física do reatorGeometria:• aeração mecânica: função do processo, mas dependente do arranjo dos aeradores• ar difuso: função do processo
Profundidade útil:• aeração mecânica: 3,5 a 4,5 m• ar difuso: 4,5 a 6,0 m
Borda livre: ~ 0,50 mParedes: taludadas ou não
Concreto:• espessura paredes: 0,20 a 0,30 m• espessura laje de fundo: ~ 0,30 m• custo da concretagem (concreto, forma, ferragem): ~ R$1.100/m3
Entrada: submersa ou sem turbilhonamentoSaída: vertedores (fixos ou ajustáveis)
![Page 51: 19590008 Lodos Ativados Von Sperling](https://reader033.fdocumentos.tips/reader033/viewer/2022042516/55cf970c550346d0338f790c/html5/thumbnails/51.jpg)
RECIRCULARECIRCULAÇÇÃO DE LODOÃO DE LODO
Razão de recirculação: R = Qr / Q (usual entre 0,6 a 1,2)
X-XX =
QQ = R
r
r
R)1R(.XXr
+=
![Page 52: 19590008 Lodos Ativados Von Sperling](https://reader033.fdocumentos.tips/reader033/viewer/2022042516/55cf970c550346d0338f790c/html5/thumbnails/52.jpg)
PRODUPRODUÇÇÃO DE LODOÃO DE LODOLodo a ser tratado
Produção de lodo por DBO removida
Idade do lodo (d)
00,20,40,60,8
11,21,4
0 5 10 15 20 25 30
Produção, em massa(kgSS/kgDBO5 removida)
SS no Decant. Coeficientes Idade do lodo (d) afluente primária Y (g/g) Kd (d-1) 2 6 10 14 18 22 26 30
Não Não 0,5 0,09 0,50 0,42 0,37 0,33 0,31 0,29 0,28 0,28 0,6 0,08 0,60 0,51 0,45 0,41 0,38 0,36 0,34 0,34 0,7 0,07 0,71 0,61 0,55 0,50 0,47 0,44 0,42 0,40
Sim Sim 0,5 0,09 0,83 0,75 0,70 0,67 0,65 0,63 0,63 0,63 0,6 0,08 0,96 0,87 0,81 0,78 0,75 0,73 0,71 0,71 0,7 0,07 1,04 0,95 0,88 0,84 0,80 0,78 0,76 0,74
Sim Não 0,5 0,09 1,08 1,00 0,95 0,92 0,90 0,88 0,88 0,88 0,6 0,08 1,23 1,14 1,09 1,05 1,02 1,00 0,98 0,98 0,7 0,07 1,29 1,20 1,13 1,08 1,06 1,03 1,01 0,99
![Page 53: 19590008 Lodos Ativados Von Sperling](https://reader033.fdocumentos.tips/reader033/viewer/2022042516/55cf970c550346d0338f790c/html5/thumbnails/53.jpg)
PRODUPRODUÇÇÃO DE LODOÃO DE LODOLodo a ser tratado
Expressão da concentração de sólidos:
(kg/L) específica Massa x (mg/kg)1x10100 x (mg/L) ãoConcentraç(%) ãoConcentraç 6=
Massa específica do lodo descartado: ~ 1,0 kg/L
10.000(mg/l) ãoConcentraç(%) ãoConcentraç ≈
![Page 54: 19590008 Lodos Ativados Von Sperling](https://reader033.fdocumentos.tips/reader033/viewer/2022042516/55cf970c550346d0338f790c/html5/thumbnails/54.jpg)
PRODUPRODUÇÇÃO DE LODOÃO DE LODOLodo a ser tratado
Relação entre vazão, concentração e carga:
(g/kg) 1000)(g/m ãoConcentraç x /d)(m Vazão(kgSS/d) Carga
33
=
lodo) lodo/m (kg lodo específica Massa x 100
(%) Sól.secos(kgSS/d) SS Carga/d)(m lodo Vazão
33 =
10 x (%) Sól.secos (kgSS/d) SS Carga/d)(m lodo Vazão 3 =
![Page 55: 19590008 Lodos Ativados Von Sperling](https://reader033.fdocumentos.tips/reader033/viewer/2022042516/55cf970c550346d0338f790c/html5/thumbnails/55.jpg)
PRODUPRODUÇÇÃO DE LODOÃO DE LODOLodo a ser tratado
Sistema Características do lodo produzido e descartado dafase líquida (dirigido à etapa de tratamento do lodo)
kgSS /kgDBOaplicada
Teor desólidos secos
(%)
Massa delodo
(gSS/hab.d)(a)
Volume delodo (L/hab.d)
(b)Lodos ativados convencional• Lodo primário 0,70 – 0,90 2–6 35 - 45 0,6 – 2,2• Lodo secundário 0,50 – 0,70 0,6–1 25 - 35 2,5 – 6,0• Total 1,20 - 1,60 1-2 60 - 80 3,1 – 8,2Lodos ativados – aeração prolongada 1,00 – 1,10 0,8–1,2 40 - 45 3,3 – 5,6UASB + pós-tratamento aeróbio (c)• Lodo anaeróbio (UASB) 0,24 – 0,36 3–4 12–18 0,3 – 0,6• Lodo aeróbio (lodos ativados) (d) 0,16 – 0,28 3–4 8-14 0,2– 0,5• Total 0,40 – 0,64 3–4 20-32 0,5 – 1,1
![Page 56: 19590008 Lodos Ativados Von Sperling](https://reader033.fdocumentos.tips/reader033/viewer/2022042516/55cf970c550346d0338f790c/html5/thumbnails/56.jpg)
PRODUPRODUÇÇÃO DE LODOÃO DE LODOEstabilização do lodo
Porcentagem de remoção dos sólidosgerados no reator (%)
θc(dias)
SS biodeg
SSV
48
121620242832
23405365758492100
1829374247505355
![Page 57: 19590008 Lodos Ativados Von Sperling](https://reader033.fdocumentos.tips/reader033/viewer/2022042516/55cf970c550346d0338f790c/html5/thumbnails/57.jpg)
PRODUPRODUÇÇÃO DE LODOÃO DE LODOOpções de retirada do lodo biológico excedente
a) Retirada da linha de recirculação:• Maior concentração• Menor vazão
b) Retirada diretamente do reator:• Menor concentração• Maior vazão
![Page 58: 19590008 Lodos Ativados Von Sperling](https://reader033.fdocumentos.tips/reader033/viewer/2022042516/55cf970c550346d0338f790c/html5/thumbnails/58.jpg)
PRODUPRODUÇÇÃO DE LODOÃO DE LODOControle dos sólidos do sistema
• Qex controla a massa total de SS no sistema, mantendo-a em um valor especificado• Qr controla o balanço entre a massa de SS no reator e nos decantadores secundários, mantendo-a em uma relação especificada
![Page 59: 19590008 Lodos Ativados Von Sperling](https://reader033.fdocumentos.tips/reader033/viewer/2022042516/55cf970c550346d0338f790c/html5/thumbnails/59.jpg)
PRODUPRODUÇÇÃO DE LODOÃO DE LODOControle dos sólidos do sistema
Vazão de recirculação Qr:• Qr constante• Qr proporcional à vazão afluente Q• Qr função de IVL• Qr função do nível da manta de lodo nos decantadores secundários
Vazão de descarte do lodo excedente Qex:• controle de SSTA (SSTA constante);• controle da carga de lodo (relação A/M constante);• controle da idade do lodo (θc constante)
![Page 60: 19590008 Lodos Ativados Von Sperling](https://reader033.fdocumentos.tips/reader033/viewer/2022042516/55cf970c550346d0338f790c/html5/thumbnails/60.jpg)
CONSUMO DE OXIGÊNIOCONSUMO DE OXIGÊNIODemandas
• oxidação da matéria orgânica carbonácea• oxidação do carbono orgânico para fornecer energia para a síntese bacteriana• respiração endógena das células bacterianas
• oxidação da amônia (nitrificação)
![Page 61: 19590008 Lodos Ativados Von Sperling](https://reader033.fdocumentos.tips/reader033/viewer/2022042516/55cf970c550346d0338f790c/html5/thumbnails/61.jpg)
CONSUMO DE OXIGÊNIOCONSUMO DE OXIGÊNIODemanda carbonácea (oxidação da matéria orgânica)
carga de DBO removida (kg/d) massa de SSV no reator (kg)
RO (kg/d) = a’.Q.(So-S) + b’.Xv.V
Síntese Respiraçãoendógena
a‘ = 1,46 - 1,42.Yb‘ = 1,42.fb.Kd
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CONSUMO DE OXIGÊNIOCONSUMO DE OXIGÊNIODemanda carbonácea (oxidação da matéria orgânica)
Consumo de O2 por DBO removida
Idade do lodo (d)
00,20,40,60,8
11,2
0 5 10 15 20 25 30
SS no Decant. Coeficientes Idade do lodo (d) afluente primária Y (g/g) Kd (d-1) 2 6 10 14 18 22 26 30
- - 0,5 0,09 0,84 0,95 1,02 1,07 1,10 1,13 1,14 1,14 - - 0,6 0,08 0,70 0,83 0,91 0,97 1,01 1,05 1,07 1,07 - - 0,7 0,07 0,57 0,70 0,80 0,86 0,91 0,95 0,98 1,01
Requisito de oxigênio (kgO2 / kgDBO removida)
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CONSUMO DE OXIGÊNIOCONSUMO DE OXIGÊNIODemanda nitrogenadaFormas do nitrogênio
N total = amônia (NH4+) + nitrogênio orgânico + nitritos (NO2
-) + nitratos (NO3-)
NTK = amônia + nitrogênio orgânico (forma predominante nos esgotos domésticos)
Esgotos brutos
N totalFaixa (mg/l)
35 – 60Típico (mg/l)
45
N orgânico 15 – 25 20Amônia 20 – 35 25Nitrito 0 0Nitrato 0 – 2 0
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CONSUMO DE OXIGÊNIOCONSUMO DE OXIGÊNIODemanda nitrogenada (oxidação da amônia)
Reação global da nitrificação:
NH4+-N + 2O2 NO3--N + 2H+ + H2O + Energia
Estequiometricamente:
RO (kg/d) = 4,57 x (Q.NTK/103)
Em termos práticos (devido à incorporação de amônia pela biomassa):
RO (kg/d) = (3,8 a 4,3) x Q.NTK/103
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CONSUMO GLOBAL DE OXIGÊNIOCONSUMO GLOBAL DE OXIGÊNIOOxidação da DBO e da amônia
Valores para vazão média:
Item LA convencional Aeração prolongada
UASB - LA
Oxidação DBO (kgO2/kgDBO aplicada)
0,7 – 1,0 1,1 – 1,2 0,9 – 1,2
Oxidação amônia (kgO2/kgNTK aplicado)
3,8 – 4,3 3,8 – 4,3 3,8 – 4,3
Para vazão máxima: multiplicar por 1,2 a 1,8
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SISTEMA DE AERASISTEMA DE AERAÇÇÃOÃOFundamentos da transferência de gases
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SISTEMA DE AERASISTEMA DE AERAÇÇÃOÃOFundamentos da transferência de gases
Cinética de primeira ordem:
dCdt
K a C CL s= −. ( )
dC/dt = taxa de mudança da concentração de oxigênio (g/m3.s)C = concentração em um tempo t qualquer (g/m3)Cs = concentração de saturação (g/m3)KLa = coeficiente global de transferência de oxigênio (s-1)
C C C C es s oK a t tL o= − − − −( ). .( )
![Page 68: 19590008 Lodos Ativados Von Sperling](https://reader033.fdocumentos.tips/reader033/viewer/2022042516/55cf970c550346d0338f790c/html5/thumbnails/68.jpg)
SISTEMA DE AERASISTEMA DE AERAÇÇÃOÃOFundamentos da transferência de gases
Água limpa Líquido com consumo de OD (r)
C C rK as
L= −C C r
K asL
= −Estado estacionário:Estado estacionário:
R = taxa de consumo de O2 (g/m3.d)
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SISTEMA DE AERASISTEMA DE AERAÇÇÃOÃOFundamentos da transferência de gases
Concentração de saturação Cs
Temperatura do Altitude (m) líquido (oC) 0 500 1000 1500
10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30
11,3 11,1 10,8 10,6 10,4 10,2 10,0 9,7 9,5 9,4 9,2 9,0 8,8 8,7 8,5 8,4 8,2 8,1 7,9 7,8 7,6
10,7 10,5 10,2 10,0 9,8 9,7 9,5 9,2 9,0 8,9 8,7 8,5 8,3 8,2 8,1 8,0 7,8 7,7 7,5 7,4 7,2
10,1 9,9 9,7 9,5 9,3 9,1 8,9 8,7 8,5 8,4 8,2 8,0 7,9 7,8 7,6 7,5 7,3 7,2 7,1 7,0 6,8
9,5 9,3 9,1 8,9 8,7 8,6 8,4 8,2 8,0 7,9 7,7 7,6 7,4 7,3 7,2 7,1 6,9 6,8 6,6 6,6 6,4
![Page 70: 19590008 Lodos Ativados Von Sperling](https://reader033.fdocumentos.tips/reader033/viewer/2022042516/55cf970c550346d0338f790c/html5/thumbnails/70.jpg)
SISTEMA DE AERASISTEMA DE AERAÇÇÃOÃOPrincipais tipos
Aeração mecânicaClassificação com relação ao eixo de rotação:
• aeradores de eixo vertical• baixa rotação, fluxo radial• alta rotação, fluxo axial
• aeradores de eixo horizontalClassificação com relação à fixação:
• aeradores fixos• aeradores flutuantes
Ar difuso• difusor poroso (bolhas finas e médias): prato, disco, domo e tubo• difusor não poroso (bolhas grossas): tubos perfurados ou com ranhuras• outros sistemas: aeração por jatos, aeração por aspiração, tubo em U
![Page 71: 19590008 Lodos Ativados Von Sperling](https://reader033.fdocumentos.tips/reader033/viewer/2022042516/55cf970c550346d0338f790c/html5/thumbnails/71.jpg)
SISTEMA DE AERASISTEMA DE AERAÇÇÃOÃOAeração mecânica
![Page 72: 19590008 Lodos Ativados Von Sperling](https://reader033.fdocumentos.tips/reader033/viewer/2022042516/55cf970c550346d0338f790c/html5/thumbnails/72.jpg)
SISTEMA DE AERASISTEMA DE AERAÇÇÃOÃOAeração mecânica
FlutuanteAlta rotaçãoFluxo axial
FixoBaixa rotaçãoFluxo radial
![Page 73: 19590008 Lodos Ativados Von Sperling](https://reader033.fdocumentos.tips/reader033/viewer/2022042516/55cf970c550346d0338f790c/html5/thumbnails/73.jpg)
SISTEMA DE AERASISTEMA DE AERAÇÇÃOÃOAr difuso
• bolha fina: diâmetro inferior a 3 mm• bolha média: diâmetro entre 3 e 6 mm• bolha grossa: diâmetro superior a 6 mm
![Page 74: 19590008 Lodos Ativados Von Sperling](https://reader033.fdocumentos.tips/reader033/viewer/2022042516/55cf970c550346d0338f790c/html5/thumbnails/74.jpg)
SISTEMA DE AERASISTEMA DE AERAÇÇÃOÃOAr difuso
![Page 75: 19590008 Lodos Ativados Von Sperling](https://reader033.fdocumentos.tips/reader033/viewer/2022042516/55cf970c550346d0338f790c/html5/thumbnails/75.jpg)
SISTEMA DE AERASISTEMA DE AERAÇÇÃOÃOAr difuso
![Page 76: 19590008 Lodos Ativados Von Sperling](https://reader033.fdocumentos.tips/reader033/viewer/2022042516/55cf970c550346d0338f790c/html5/thumbnails/76.jpg)
TAXA DE TRANSFERÊNCIA DE OXIGÊNIOTAXA DE TRANSFERÊNCIA DE OXIGÊNIO
TTO padrão e TTO campoTTO padrão e TTO campo
Taxa de transferência de oxigênio (capacidade de oxigenação) nas condições padrão:
água limpatemperatura do líquido = 20oCaltitude = 0 m (nível do mar)sistema de aeração instalado num tanque de teste
Taxa de transferência de oxigênio (capacidade de oxigenação) nas condições de operação (campo):
esgototemperatura real do líquidoaltitude real da estaçãosistema de aeração instalado no reator real
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TAXA DE TRANSFERÊNCIA DE OXIGÊNIOTAXA DE TRANSFERÊNCIA DE OXIGÊNIO
TTO padrão e TTO campoTTO padrão e TTO campo
TTOTTO
f C C
C C
padrãocampo
H s L
so
T=
− −βα θ
. .
( ). .
2020
TTOpadrão = Taxa de Transferência de Oxigênio Padrão (kgO2/h)TTOcampo = Taxa de Transferência de Oxigênio no campo, nas condições de operação (kgO2/h)Cs = concentração de saturação de oxigênio na água limpa, na temperatura de operação no campo (g/m3)CL = concentração média de oxigênio mantida no reator (g/m3)Cs (20oC) = concentração de saturação de oxigênio da água limpa, nas condições padrão (g/m3)fH = fator de correção de Cs para a altitude (= 1 – altitude / 9450)β = Cs (esgoto) / Cs (água limpa)α = KLa (esgoto) / KLA (água limpa)θ = coeficiente de temperaturaT = temperatura do líquido (oC)
![Page 78: 19590008 Lodos Ativados Von Sperling](https://reader033.fdocumentos.tips/reader033/viewer/2022042516/55cf970c550346d0338f790c/html5/thumbnails/78.jpg)
EFICIÊNCIA DE OXIGENAEFICIÊNCIA DE OXIGENAÇÇÃOÃO
EOTTO
Ppadrão= EO = eficiência de oxigenação (kgO2/kWh)
P = potência consumida (kW)
DENSIDADE DE POTÊNCIADENSIDADE DE POTÊNCIA
DP PV
= DP = densidade de potência (W/m3)P = potência introduzida (W)V = volume do reator (m3)
![Page 79: 19590008 Lodos Ativados Von Sperling](https://reader033.fdocumentos.tips/reader033/viewer/2022042516/55cf970c550346d0338f790c/html5/thumbnails/79.jpg)
REQUISITOS ENERGREQUISITOS ENERGÉÉTICOSTICOS
AeraAeraçção mecânicaão mecânica
Eficiência de oxigenação padrão:• aeradores de baixa rotação: EOpadrão = 1,4 a 2,0 kgO2/kWh• aeradores de alta rotação: EOpadrão = 1,2 a 1,8 kgO2/kWh
Eficiência de oxigenação no campo:
EOcampo = 0,55 a 0,65 da EOpadrão
Potência requerida:
)kWh/kgO((h/d).EO 24/d)(kgO O de Requisitos=(kW) Potência
2campo
22kW / 0,75 = CV
![Page 80: 19590008 Lodos Ativados Von Sperling](https://reader033.fdocumentos.tips/reader033/viewer/2022042516/55cf970c550346d0338f790c/html5/thumbnails/80.jpg)
SISTEMAS DE AERASISTEMAS DE AERAÇÇÃOÃO
Aeradores mecânicos
Características básicas(alta rotação)
Faixa de potênciados aeradores (CV)
Profundidadenormal de operação
Diâmetro de influência (m)
(m) Oxigenação Mistura5 - 10 2,0 - 3,6 45 - 50 14 - 1615 - 25 3,0 - 4,3 60 - 80 19 - 2430 - 50 3,8 - 5,2 85 - 100 27 - 32
Notas:• Potências usuais dos aeradores: 1; 2; 3; 5; 7,5; 10; 15; 20; 25; 30; 40 e 50 CV.• Há aeradores de alta rotação com maiores potências, mas eles tendem, no conjunto, a s
eficientes.• A tabela apresenta diâmetros de influência (e não raios)
Pl ti i it d f d d l b i d d
![Page 81: 19590008 Lodos Ativados Von Sperling](https://reader033.fdocumentos.tips/reader033/viewer/2022042516/55cf970c550346d0338f790c/html5/thumbnails/81.jpg)
SISTEMA DE AERASISTEMA DE AERAÇÇÃOÃOAr difuso
Tipo de aeração Eficiência de transferência de oxigênio padrão
média (%)
Eficiência de oxigenação padrão
(kgO2/kWh)
Bolhas finas 10 - 30 1,2 - 2,0Bolhas médias 6 - 15 1,0 - 1,6Bolhas grossas 4 - 8 0,6 - 1,2Aeradores por aspiração - 1,2 - 1,5
Eficiência de oxigenação no campo:
EOcampo = 0,55 a 0,65 da EOpadrãokW / 0,75 = CV
)kWh/kgO((h/d).EO 24/d)(kgO O de Requisitos=(kW) Potência
2campo
22Potência requerida:
![Page 82: 19590008 Lodos Ativados Von Sperling](https://reader033.fdocumentos.tips/reader033/viewer/2022042516/55cf970c550346d0338f790c/html5/thumbnails/82.jpg)
SISTEMA DE AERASISTEMA DE AERAÇÇÃOÃOComparação de custos
Aeração mecânica x Ar difusoCustos de implantação:
Sistema R$/CV instalado
R$/kW instalado
Aerador mecânico flutuante (alta rotação) 550 a 900 750 a 1200
Aerador mecânico fixo (baixa rotação) 750 a 1300 1000 a 1700
Ar difuso (bolhas finas) - sopradores, tubos, difusores)
1500 a 2100 2000 a 2800
Custos operacionais (energia elétrica):
• Consumo energético (tarifa industrial): R$0,12/kWh• Demanda (função da potência instalada): acrescer ~ 15%
(fevereiro/2004; R$2,90/US$)
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SISTEMA DE AERASISTEMA DE AERAÇÇÃOÃOComparação de custos: Ar difuso x Oxigênio puro
População: 700.000 habFevereiro/2001; R$2,00/US$)
CUSTOS PER CAPITA DE IMPLANTAÇÃO E MANUTENÇÃOAR DIFUSO X OXIGÊNIO PURO
0
10
20
30
Cus
tos
per c
apita
Ar difuso 7,9 1,2O2 líquido 8,7 10,7O2 fábrica 25,8 2,0
Custos de implantação (R$/hab)
Custos de operação (R$/hab.ano)
CUSTOS EM VALOR PRESENTEAR DIFUSO X OXIGÊNIO PURO
0
10.000.000
20.000.000
30.000.000
40.000.000
50.000.000
60.000.000
Val
or p
rese
nte
(R$)
Operação 4.818.579,58 42.144.537,15 7.972.877,16Implantação 5.535.000,00 6.080.000,00 18.080.000,00
AR DIFUSO O2 LÍQUIDO O2 FÁBRICA
![Page 84: 19590008 Lodos Ativados Von Sperling](https://reader033.fdocumentos.tips/reader033/viewer/2022042516/55cf970c550346d0338f790c/html5/thumbnails/84.jpg)
SISTEMA DE AERASISTEMA DE AERAÇÇÃOÃOControle do fornecimento de oxigênio (ar)
Aeração mecânica• liga-desliga de aeradores• variação da velocidade de rotação dos aeradores (duas velocidades ou velocidades variáveis)• variação do nível das pás dos aeradores (variação da submergência dos aeradores através da atuação no seu eixo)• variação do nível do líquido (variação da submergência dos aeradores através do ajuste do vertedor de saída)
Aeração por ar difuso• variação da velocidade dos sopradores• variação das aletas de entrada• ajuste das válvulas de sucção de todos os sopradores ligados, de forma a manter uma pressão constante na tubulação de alimentação de ar
![Page 85: 19590008 Lodos Ativados Von Sperling](https://reader033.fdocumentos.tips/reader033/viewer/2022042516/55cf970c550346d0338f790c/html5/thumbnails/85.jpg)
SEDIMENTASEDIMENTAÇÇÃOÃODecantador retangular
![Page 86: 19590008 Lodos Ativados Von Sperling](https://reader033.fdocumentos.tips/reader033/viewer/2022042516/55cf970c550346d0338f790c/html5/thumbnails/86.jpg)
SEDIMENTASEDIMENTAÇÇÃOÃODecantador retangular
DECANTADOR RETANGULAR DE FLUXO HORIZONTAL
corte longitudinal
planta
entrada
entrada
saídade lodo
poçode lodo
raspadorde lodo
pontemóvel
vertedorde saída
vertedorde saída
saída
saída
lodo defundo
defletordefletor
raspadorde lodo
defletordefletor
![Page 87: 19590008 Lodos Ativados Von Sperling](https://reader033.fdocumentos.tips/reader033/viewer/2022042516/55cf970c550346d0338f790c/html5/thumbnails/87.jpg)
SEDIMENTASEDIMENTAÇÇÃOÃODecantador circular
![Page 88: 19590008 Lodos Ativados Von Sperling](https://reader033.fdocumentos.tips/reader033/viewer/2022042516/55cf970c550346d0338f790c/html5/thumbnails/88.jpg)
SEDIMENTASEDIMENTAÇÇÃOÃODecantador circular
DECANTADOR CIRCULAR
corte transversal
entrada saídade lodo
raspadorde lodo
ponte rotatória
aneldefletor
vertedorde saída
saídasaída
camada de lodo
defletordefletor
planta
saída
lodo deretorno
entradacanal decoleta doefluente
ponte rotatória aneldefletor
entrada
defletor
![Page 89: 19590008 Lodos Ativados Von Sperling](https://reader033.fdocumentos.tips/reader033/viewer/2022042516/55cf970c550346d0338f790c/html5/thumbnails/89.jpg)
SEDIMENTASEDIMENTAÇÇÃOÃODecantador tipo Dortmund
![Page 90: 19590008 Lodos Ativados Von Sperling](https://reader033.fdocumentos.tips/reader033/viewer/2022042516/55cf970c550346d0338f790c/html5/thumbnails/90.jpg)
SEDIMENTASEDIMENTAÇÇÃOÃODecantador tipo Dortmund
DECANTADOR TIPO DORTMUND COM TRÊS CÂMARAS
ENTRADA
DEFLETOR DEFLETOR
VERTEDOR SAÍDA
POÇODE LODO
CORTE LONGITUDINAL
TUBULAÇÃO DERETIRADA DO LODO
TUBULAÇÃO DESAÍDA DO LODO
![Page 91: 19590008 Lodos Ativados Von Sperling](https://reader033.fdocumentos.tips/reader033/viewer/2022042516/55cf970c550346d0338f790c/html5/thumbnails/91.jpg)
TEORIA DA SEDIMENTATEORIA DA SEDIMENTAÇÇÃOÃOTipos de sedimentação
Remoção da areia
Tipo Esquema
Discreta
Floculenta
Decantação primária
![Page 92: 19590008 Lodos Ativados Von Sperling](https://reader033.fdocumentos.tips/reader033/viewer/2022042516/55cf970c550346d0338f790c/html5/thumbnails/92.jpg)
TEORIA DA SEDIMENTATEORIA DA SEDIMENTAÇÇÃOÃOTipos de sedimentação
Decantação secundária
Tipo Esquema
Zonal
Compressão
Adensamento por gravidade
![Page 93: 19590008 Lodos Ativados Von Sperling](https://reader033.fdocumentos.tips/reader033/viewer/2022042516/55cf970c550346d0338f790c/html5/thumbnails/93.jpg)
TEORIA DA SEDIMENTATEORIA DA SEDIMENTAÇÇÃOÃOSedimentação discreta
![Page 94: 19590008 Lodos Ativados Von Sperling](https://reader033.fdocumentos.tips/reader033/viewer/2022042516/55cf970c550346d0338f790c/html5/thumbnails/94.jpg)
TEORIA DA SEDIMENTATEORIA DA SEDIMENTAÇÇÃOÃOSedimentação discreta
Lei de Stokes:
vg
dss l
l=
−118
2. . .υ
ρ ρρ
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TEORIA DA SEDIMENTATEORIA DA SEDIMENTAÇÇÃOÃOSedimentação discreta
Tanque de sedimentação horizontal ideal
![Page 96: 19590008 Lodos Ativados Von Sperling](https://reader033.fdocumentos.tips/reader033/viewer/2022042516/55cf970c550346d0338f790c/html5/thumbnails/96.jpg)
TEORIA DA SEDIMENTATEORIA DA SEDIMENTAÇÇÃOÃOSedimentação discreta
Tanque de sedimentação horizontal ideal
t Hvs
=
t VQ
H AQ
= =.
v QAs =
![Page 97: 19590008 Lodos Ativados Von Sperling](https://reader033.fdocumentos.tips/reader033/viewer/2022042516/55cf970c550346d0338f790c/html5/thumbnails/97.jpg)
TEORIA DA SEDIMENTATEORIA DA SEDIMENTAÇÇÃOÃOSedimentação floculenta
Coluna Tanque de sedimentação horizontal
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TEORIA DA SEDIMENTATEORIA DA SEDIMENTAÇÇÃOÃOSedimentação zonal
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TEORIA DA SEDIMENTATEORIA DA SEDIMENTAÇÇÃOÃOSedimentação zonal
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PROJETO DAS UNIDADESPROJETO DAS UNIDADESSedimentação zonal - Decantador secundário
Taxas de aplicação
Taxa de aplicação hidráulica (TAH)
.h)/m(m AQTAH 23=
Taxa de aplicação de sólidos (TAS)
.h)(kgSS/m A
).XQ(QTAS 2r+=
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PROJETO DAS UNIDADESPROJETO DAS UNIDADESDecantador secundário
Sistema Taxa de aplicação hidráulica (m3/m2.h)
Taxa de aplicação de sólidos (kg/m2.h)
Q média Q máxima
Q média Q máxima
Lodos ativados convencional 0,67 - 1,33 1,70 - 2,00 4,0 - 6,0 10,0 Aeração prolongada 0,33 - 0,67 1,00 - 1,33 1,0 - 5,0 7,0
Fonte: Metcalf & Eddy (1991)
Cálculo da área requerida com base em TAH: •Para Qméd: A = Q/(TAH para Qméd)•Para Qmáx: A = Qmáx/(TAH para Qmáx)
Cálculo da área requerida com base em TAS: •Para Qméd: A = Q/(TAS para Qméd)•Para Qmáx: A = Qmáx/(TAS para Qmáx)
Adotar o maior valor de A
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DECANTADOR SECUNDDECANTADOR SECUNDÁÁRIORIOSedimentabilidade do lodo
Floco ideal Floco pulverizado Lodo intumescido
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DECANTADOR SECUNDDECANTADOR SECUNDÁÁRIORIOSedimentabilidade do lodo
Determinação da manta de lodo
Escuma
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DECANTADOR SECUNDDECANTADOR SECUNDÁÁRIORIOSedimentabilidade do lodo
Teste de IVL
Sedimenta-bilidade
Faixa de valores do Índice Volumétrico de Lodo (ml/g)
IVL IVLD IVLA IVLA3,5
Ótima 0 - 50 0 - 45 0 - 50 0 - 40
Boa 50 - 100 45 - 95 50 - 80 40 - 80
Média 100 - 200 95 - 165 80 - 140 80 - 100
Ruim 200 - 300 165 - 215 140 - 200 100 - 120
Péssima > 300 > 215 > 200 > 120
IVLH xH SS
= 306
0
10.
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DECANTADOR SECUNDDECANTADOR SECUNDÁÁRIORIOSedimentabilidade do lodo
Teste de IVL
IVLH xH SS
= 306
0
10.
IVL máximo atingível em função da concentração de sólidos em suspensão
0100200
300400500600700
800900
1000
0 2 4 6 8 10 12
Concentração de SS(kg/m3)
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PROJETO DAS UNIDADESPROJETO DAS UNIDADESDecantador secundário
VALORES DE Q/A PARA SATISFAZER SIMULTANEAMENTECLARIFICAÇÃO E ADENSAMENTO
SSTA (kg/m3)
Q/A
(m/h
)
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0
Adensamentocontrola
Clarificaçãocontrola
Clarificaçãocontrola
Adensamentocontrola
SEDIMENT. RUIM
SEDIMENT. MÉDIA
Em cada faixa:- curva superior: R=1.0- curva central: R=0.8- curva inferior: R=0.6
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PROJETO DAS UNIDADESPROJETO DAS UNIDADESDecantador secundário
Diâmetro do tanque (m) Profundidade lateral (m) Mínimo Recomendado
< 12 12 - 20 20 - 30 30 - 40
> 40
3,0 3,3 3,6 3,9 4,2
3,3 3,6 3,9 4,2 4,5
Declividade de fundo:~ 1/12 (v/h) com raspadores~ plano com remoção por sucção
Custos dos equipamentos:• raspadores (R$/m): 6.000 a 8.000• sucção: pode ser 50% mais caro
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PROJETO DAS UNIDADESPROJETO DAS UNIDADESDecantador secundário
Decantador Condição Taxa de vertedor (m3/m.h) Vazão média Vazão máxima
Pequeno - 5 10 Grande Fora da zona de virada das correntes
Dentro da zona de virada das correntes- -
15 10
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SEDIMENTASEDIMENTAÇÇÃO DO LODOÃO DO LODOSeletores e melhoria da sedimentabilidade do lodo
SELETOR
SELETORES
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PROJETO DAS UNIDADESPROJETO DAS UNIDADESLayout da fase líquida
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REMOREMOÇÇÃO BIOLÃO BIOLÓÓGICA DE NITROGÊNIOGICA DE NITROGÊNIONitrificação e desnitrificação
NitrificaçãoNH4
+-N + 2O2 ------> NO3--N + 2H+ + H2O
• Consumo de oxigênio (4,57 mgO2 / mg amônia oxidada)• Consumo de alcalinidade (7,1 mg alcalinidade / mg amônia oxidada)
Desnitrificação2NO3
--N + 2H+ -----> N2 + 2,5O2 + H2O
• Economia de oxigênio (2,86 mgO2 / mg nitrato reduzido)• Economia de alcalinidade (3,5 mg alcalinidade / mg nitrato reduzido)• Liberação de N2 gasoso (problemas em decantadores secundáriosquando não controlada)
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REMOREMOÇÇÃO BIOLÃO BIOLÓÓGICA DE NITROGÊNIOGICA DE NITROGÊNIONitrogênio em um sistema com nitrificação
![Page 113: 19590008 Lodos Ativados Von Sperling](https://reader033.fdocumentos.tips/reader033/viewer/2022042516/55cf970c550346d0338f790c/html5/thumbnails/113.jpg)
REMOREMOÇÇÃO BIOLÃO BIOLÓÓGICA DE NITROGÊNIOGICA DE NITROGÊNIONitrogênio em um sistema com nitrif. e desnitrif.
![Page 114: 19590008 Lodos Ativados Von Sperling](https://reader033.fdocumentos.tips/reader033/viewer/2022042516/55cf970c550346d0338f790c/html5/thumbnails/114.jpg)
NITRIFICANITRIFICAÇÇÃOÃOFatores ambientais de influência
• temperatura• pH• oxigênio dissolvido• substâncias tóxicas ou inibidoras
Idade do lodo mínima para nitrificação
Temperatura do líquido no reator (oC)
θc para nitrificação completa (dias)
5 1210 9,515 6,520 3,5
![Page 115: 19590008 Lodos Ativados Von Sperling](https://reader033.fdocumentos.tips/reader033/viewer/2022042516/55cf970c550346d0338f790c/html5/thumbnails/115.jpg)
REMOREMOÇÇÃO BIOLÃO BIOLÓÓGICA DE NITROGÊNIOGICA DE NITROGÊNIOPrincipais fluxogramas
![Page 116: 19590008 Lodos Ativados Von Sperling](https://reader033.fdocumentos.tips/reader033/viewer/2022042516/55cf970c550346d0338f790c/html5/thumbnails/116.jpg)
REMOREMOÇÇÃO BIOLÃO BIOLÓÓGICA DE NITROGÊNIOGICA DE NITROGÊNIOPrincipais fluxogramas
![Page 117: 19590008 Lodos Ativados Von Sperling](https://reader033.fdocumentos.tips/reader033/viewer/2022042516/55cf970c550346d0338f790c/html5/thumbnails/117.jpg)
REMOREMOÇÇÃO BIOLÃO BIOLÓÓGICA DE NITROGÊNIOGICA DE NITROGÊNIOTaxas de remoção de nitrato
Tipo Posição da zona anóxica Taxa de desnitrificação específica
(mg NO3--N /mg SSV.d)
Esgoto bruto Zona anóxica a montante da zona aerada 0,03 - 0,11
Metabolismo endógeno Zona anóxica a jusante da zona aerada 0,015 - 0,045
Sistemas com pré-desnitrificação(zona anóxica a montante)
Eficiência de remoção de nitratos máxima teórica
0,0000,1000,2000,3000,4000,5000,6000,7000,8000,900
0 1 2 3 4 5 6
Razão de recirc. total (Rlodo + Rint)
Efic
iênc
ia
1int
intrec NO3 ++
+=
lodo
lodo
RRRRF
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REMOREMOÇÇÃO BIOLÃO BIOLÓÓGICA DE NITROGÊNIOGICA DE NITROGÊNIODesempenho dos processos
Processo Amônia Nitrogênio total< 5 mg/l (a) 8 - 12 mg/l 6 - 8 mg/l 3 - 6 mg/l
Reator com zona aeróbia apenas X - - -
Reator com pré-desnitrificação X X X (b) -
Reator com pós-desnitrificação X X - -
Bardenpho de quatro estágios X X X X
Valo de oxidação X X X (c) -
Batelada X X - -
(a): a nitrificação ocorrerá consistentemente desde que θc aeróbio seja superior a aproximadamente 5 d(b): com elevadas razões de recirculação interna (Rint entre 200 e 400%)(c): com eficiente controle automático do oxigênio dissolvido
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REMOREMOÇÇÃO BIOLÃO BIOLÓÓGICA DE N e PGICA DE N e PPrincipais fluxogramas
![Page 120: 19590008 Lodos Ativados Von Sperling](https://reader033.fdocumentos.tips/reader033/viewer/2022042516/55cf970c550346d0338f790c/html5/thumbnails/120.jpg)
REMOREMOÇÇÃO BIOLÃO BIOLÓÓGICA DE N e PGICA DE N e PPrincipais fluxogramas
![Page 121: 19590008 Lodos Ativados Von Sperling](https://reader033.fdocumentos.tips/reader033/viewer/2022042516/55cf970c550346d0338f790c/html5/thumbnails/121.jpg)
REMOREMOÇÇÃO BIOLÃO BIOLÓÓGICA DE N e PGICA DE N e PDesempenho dos processos
Processo Efluente: 0,5 mgP/l Efluente: 1,0 mgP/l Efluente: 2,0 mgP/l
Biol Biol + C Biol + F Biol+ C + F
Biol
Biol + C
Biol + F Biol+ C + F
Biol Biol+ C
Biol + F Biol + C + F
A2O / Phoredox 3 estág. N N N S V S* V S S S S S
Bardenpho 5 estág. / Phoredox N N N S V S* V S S S S S
UCT / VIP / UCT modif. N N N S V S* V S S S S S
Batelada N N N S V S* V S S S S S
Biol = tratamento biológico apenas Biol + C = trat. biol. + coagulanteBiol + F = trat. biol. + filtração Biol + C + F: = trat. biol. + coagulante + filtraçãoN = não atende o padrão de P V = atende o padrão de P de forma variável ou marginalS = atende o padrão de P S* = atende o padrão de P com clarificação eficiente
![Page 122: 19590008 Lodos Ativados Von Sperling](https://reader033.fdocumentos.tips/reader033/viewer/2022042516/55cf970c550346d0338f790c/html5/thumbnails/122.jpg)
REATORES SEQUENCIAIS POR BATELADAREATORES SEQUENCIAIS POR BATELADAPrincípio de funcionamento
![Page 123: 19590008 Lodos Ativados Von Sperling](https://reader033.fdocumentos.tips/reader033/viewer/2022042516/55cf970c550346d0338f790c/html5/thumbnails/123.jpg)
PROGRAMAPROGRAMAÇÇÃO DE MONITORAMENTOÃO DE MONITORAMENTOLocal Parâmetro Amostra
Uso Freqüência Tipo Esgoto bruto DBO AD semanal composta
DQO AD semanal composta SS AD semanal composta SSV AD semanal composta NTK AD semanal composta pH CP diária simples Alcalinidade CP semanal simples Coliformes fecais AD semanal simples
Efluente primário DBO AD semanal composta DQO AD semanal composta SS AD semanal composta
Reator Temperatura CP diária simples OD CP diária ou contínua simples ou sensor SS CP diária ou contínua simples ou sensor SSV CP semanal simples NO3
- CP semanal simples IVL CP diária simples
Lodo de retorno SS CP diária composta Efluente final DBO AD semanal composta
DQO AD semanal composta SS AD semanal composta SSV AD semanal composta NTK AD semanal composta NH3 AD semanal composta NO2
- AD semanal composta NO3
- AD semanal composta pH DP diária simples Coliformes fecais AD semanal simples