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Engenharia AmbientalEngenharia Ambiental

Prof. Dr. Jean AlanisProf. Dr. Jean Alanis

Introdução ao Tratamento de Águas Residuárias

�� EfeitosEfeitos dada poluiçãopoluição emem corposcorpos receptoresreceptores (CR)(CR)� Corpos receptores estagnados;� Corpos receptores não estagnados.

�� ProcessosProcessos dede autodepuraçãoautodepuração dosdos corposcorpos receptoresreceptores

� Definição: capacidade que um C.R consegue restabelecerseu equilíbrio naturalmente após o despejo dos poluentes.� Varia de acordo com a vazão, temperatura, turbulência eetc.� A recuperação pode ocorrer em extensões variáveis (Kmsde distância).

Introdução ao Tratamento de Águas Residuárias

� A importância da quantidade precisa da carga poluidora

Distância (Km)

O.D

(m

g/L)

Esgoto

Concentração Mínima de O.D

Figura 01 - Efeito do lançamento de esgotos em um rio sem afetar de maneira prejudicial ao CR

Tratamento de Águas Residuárias

Anaerobiose

Conc. mín de O.D

Distância (Km)

Figura 02 - Efeito do lançamento de esgotos em um rio com prejuízos ao CR.

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Exemplo de anaerobioseExemplo de anaerobiose Autodepuração

Diferenças entre as curvas

� Na Figura 01, a atividade aeróbia prevaleceu num nível idealà sobrevivência das espécies aquáticas (acima de 2,0 mg.L-1);

� Na Figura 02, a descarga de resíduo desequilíbrou as

espécies que dependem do oxigênio;

� O rio não manteve as condições aeróbias mesmo com a

aeração natural e o movimento do fluxo;

� Nos trechos onde a concentração de O.D. chegou próximo de

zero, ocorreu a anaerobiose com a morte da vida aquática

aeróbia;

Autodepuração

� Processo se desenvolve ao longo do tempo e considera-se adimensão do curso d’água como longitudinal;

� Assim, os estágios da sucessão ecológica podem serassociados a zonas fisicamente identificáveis no rio;

� Existem 4 zonas distintas de autodepuração :� Zona de degradação� a principal característica é baixa concentração de O.D;

� somente as espécies que resistem a estas baixasconcentrações sobrevivem;

� as que não conseguem migram para locais onde haja maioresconcentrações de O.D;

� altas concentrações de M.O e S.S;

Autodepuração

Zona de decomposição ativa� devido às baixas concentrações de O.D prevalecem aoxidação anaeróbia da M.O;� presença de altas concentrações de S.S.

Zona de Recuperação� caracteriza-se pelo gradual aumento da concentração deO.D;

� diminuição da concentração de S.S.

Zona de água limpa� etapa final do processo de autodepuração;� o CR reestabelece parte das condições iniciais de equilíbrio.

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Autodepuração Autodepuração

Autodepuração

� A Figura abaixo representa os 3 principais parâmetros (M.O,bactérias decompositoras e O.D) ao longo das 4 zonas:

Distância

Matéria orgânica

Distância

Bactérias

Distância

O.D

12 3 4 5

Autodepuração

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Autodepuração

� Fatores que afetam a curva de O.D� Temperatura� inverno

� taxa de oxidação da matéria orgânica diminui;� ponto crítico mais próximo ao de lançamento.� verão

� aumento na taxa de oxidação da matéria orgânica;� ponto crítico mais afastado ao de lançamento.

� Luz solar� quanto maior a incidência de luz solar, maior atividadefotossintética e assim, maior quantidade de O.D no meio.

Corpos Receptores Estagnados

EutrofizaçãoEutrofização

� Parte natural do processo de envelhecimento dos

lagos/represas/lagoas independente da ação do homem;

� Denota o processo natural ou artificial de adição de

nutrientes ao C.R. e os efeitos resultantes desta adição;

� É o aumento da concentração de nutrientes, especialmente

N, P nos ecossistemas aquáticos;

Processo de Processo de EutrofizaçãoEutrofização

Natural: processo lento e contínuo que resulta do aporte denutrientes trazidos pelas chuvas e águas superficiais

Processo de Processo de EutrofizaçãoEutrofização

Artificial: introduzida pelo homem, gerando um excesso de

M.O, superior a capacidade de decomposição provocando

desequilíbrio e graves alterações em todo o metabolismo do

sistema.

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Estágios do processo de eutrofização

� Estágio primário (oligotrófico): a concentração de

nutrientes e biomassa é praticamente normal, ou seja,

apresenta pouquíssima alteração;

Estágios do processo de eutrofização

Estágio secundário (mesotrófico): estado intermediário,

apresentando características do estado primário e alguns

traços do início da eutrofização;

Estágios do processo de eutrofização

� Estágio terciário (eutrófico)

� grande quantidade de nutrientes e biomassa que será

decomposta de forma anaeróbia;

� A baixa incidência de luz impede a realização da fotossíntese;

� O ciclo está completo e o C.R sem chances de sobreviver.

Classificação dos Métodos de TratamentoClassificação dos Métodos de Tratamento

� Os contaminantes são removidos por meios físicos, químicose biológicos.

� O tratamento pode abranger níveis denominados:

� Tratamento preliminar: remove sólidos grosseiros;

� Tratamento primário: remove sólidos sedimentáveis e parte

da matéria orgânica ;

� Tratamento secundário: destina-se a degradação biológica

de compostos cabonáceos;

� Tratamento terciário: remove materiais não biodegradáveis

e poluentes específicos.

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Tratamento de Águas Residuárias

�� Classificação dos Métodos de TratamentoClassificação dos Métodos de Tratamento

Tratamento de Águas Residuárias

� Fluxograma de uma ETE

Tratamento de Águas Residuárias

� Fluxograma de uma ETE

Tratamento de Águas Residuárias

� Etapas do processo de tratamento na ETE

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Tratamento de Águas Residuárias

� Fluxograma de uma ETE

Tratamento de Águas Residuárias

� Etapas do processo de tratamento na ETE

Tratamento de Águas Residuárias

� Fluxograma de uma ETE

Tratamento de Águas Residuárias

� Etapas do processo de tratamento na ETE

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Tratamento de Águas Residuárias

� Fluxograma de uma ETE

Tratamento de Águas Residuárias

� Etapas do processo de tratamento na ETE

Tratamento de Águas Residuárias

� Fluxograma de uma ETE

Etapas do processo de tratamento na ETE

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Fluxograma de uma ETE Etapas do processo de tratamento na ETE

Fluxograma de uma ETE Etapas do processo de tratamento na ETE

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Fluxograma de uma ETE Etapas do processo de tratamento na ETE

Fluxograma de uma ETE Etapas do processo de tratamento na ETE

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Fluxograma de uma ETE Etapas do processo de tratamento na ETE

Fluxograma de uma ETE Etapas do processo de tratamento na ETE

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Fluxograma de uma ETE Etapas do processo de tratamento na ETE

Fluxograma de uma ETE Etapas do processo de tratamento na ETE

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Fluxograma de uma ETEEtapas do processo de tratamento na ETE

Fluxograma de uma ETE - Franca Vista aérea da ETE de Franca

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Vista aérea da ETE de Caiçara Vista aérea da ETE de Caiçara

Classificação dos Métodos de TratamentoClassificação dos Métodos de Tratamento

� Os métodos individuais são classificados como:

� Processos unitários físicos: forças físicas são

predominantes. Ex : floculação, sedimentação, filtração e etc.;

� Processos unitários químicos: a remoção e conversão

dos contaminantes são obtidas pela adição de produtos

químicos. Ex : precipitação, transferência de gás, adsorção e

etc.;

� Processos unitários biológicos : a remoção dos

contaminantes é obtida pela atividade biológica.

Tratamento Primário

� O tratamento primário destina-se à remoção de sólidos

grosseiros, médios, finos e fibrosos;

� Os mecanismos básicos de remoção são de ordem física,

como:

� gradeamento;

� peneiramento;

� caixas de areia ou desarenadores;

� caixa de remoção de óleos e graxas;

� sedimentadores primários.

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Tratamento Primario

�� Fluxograma típico do Tratamento primário

Sistema de Gradeamento

� A remoção dos sólidos grosseiros/médios/finos é feita

através de grades;

� O material de maiores dimensões que o espaçamento entre

as barras é retido;

� Há grades grossas, médias e finas, dependendo do espaço

livre entre as barras;

� A remoção do material retido pode ser manual ou

mecanizada;

� São compostas por barras paralelas de espessura e

espaçamento adequados ao resíduo que se deseja tratar.

Sistema de Gradeamento

� Tipos de grades

Sistema de Gradeamento

� Tipos de grades

Tipo de grade: Espaçamento (mm): Espessuras mais usuais (mm): 40 10 e 13 60 10 e13 80 10 e 13

Grosseira

100 10 e13 20 8 e 10 30 8 e10

Média

40 8 e 10 10 6 , 8 e 10 15 6, 8 e 10

Fina

20 6, 8 e 10

Tabela 1. Aberturas ou espaçamentos e dimensões das barras

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Tipos de grades Tipos de grades

Tipos de grades

Tabela 2. Eficiência do sistema de gradeamento (E):

t a = 20 mm a = 25 mm a = 30 mm 6 mm 75 % 80 % 83,4 % 8 mm 73 % 76,8 % 80,3 % 10 mm 67,7 % 72,8 % 77 % 13 mm 60 % 66,7 % 71,5 %

a: espaço entre as barras;

t: espessura das barras;

Tratamento Primário

�� LimpezaLimpeza das gradesdas grades

45 º a 60º

a

t

Limpeza manual com rastelo

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Características das gradesCaracterísticas das grades

� O espaçamento entre as barras é função do tipo de material

que se deseja reter;

� A inclinação das barras varia de 45º a 60o com a horizontal;

� A análise associada com o uso de grades envolve a

determinação da perda de carga através dela;

� O material retido deve ser removido para evitar que a perda

de carga localizada aumente causando represamento;

� O funcionamento e a capacidade de retenção estão

associados à velocidade de passagem e à perda de carga

ocasionada pelo acúmulo de material retido.

Características das gradesCaracterísticas das grades

� Para a perda de carga admite-se para efeito de manutenção

e perfil hidráulico a obstrução de até 50% da lâmina d’água;

� Para evitar perdas de cargas elevadas – limpezas periódicas;

� A velocidade de passagem do esgoto por entre as grades:

� Não pode ser muito elevada para não arrastar material

previamente retido;

� Não pode ser muito baixa para não permitir a decantação

dos sólidos.

Características das gradesCaracterísticas das grades

• Velocidade de passagem

- 0,9 a 1,2 m.s-1 (Limpeza mecanizada);- 0,6 a 0,9 m.s-1 (Limpeza manual);

• Velocidade no canal a montante da grade (Vel. de

aproximação) - maior do que 0,4 m.s-1

• Perda de carga - obstrução máxima permitida (50%)

- 0,15 m (Limpeza manual)

- 0,10 m (Limpeza mecanizada)

Características das gradesCaracterísticas das grades

� De acordo com a NBR 12.209/11:

Grade grossa

- Perda de carga com grade limpa: não ultrapassar 0,10 m;

- Inclinação: entre 60° e 90°;

- Espaçamento entre as barras: de 40 mm a 100 mm;

Grade fina

Perda de carga com grade limpa: não ultrapassar 0,10 m;

- Inclinação: entre 60° e 90°;

- Espaçamento entre as barras: 10 mm a 20 mm;

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Dimensionamento do sistema de Gradeamento

+=a

taAS u.

S = área da secção transversal do canal até o nível d’águaAu = área útil da secção transversal

a = espaçamento entre as barrast = espessura das barras∆H = perda de carga na grade (m)

Vg = velocidade de passagem pela grade

Vo = velocidade de a montante

g = aceleração da gravidade (9,8 m.s-2)

−=∆

g

VVH g

.2.43,1

20

2

Dimensionamento do sistema de Gradeamento

g

VxVHobstruídaGrade og

2

)2(.43,1:%50

22 −=∆•

Dimensionamento do sistema de Gradeamento

- A relação a/(a + t) é eficiência (E) da grade;- Representa a fração de espaços vazios em relação a áreatotal;- Fixando-se a velocidade de passagem, pode-se determinar aárea útil da grade através da equação:

gu V

QA =

onde:

Q = vazão de trabalho

Dimensionamento do sistema de Gradeamento

- Obtendo-se a área útil, pode-se calcular a área da secção

transversal do canal (S);

- Escolhendo-se a espessura e o espaçamento entre as barras,

determina-se (E) e (S);

E

AS u=

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Exercício - Dimensionar uma grade de limpeza mecanizada com largura do

canal (b) de 2 metros para os seguintes valores abaixo:

Exercício

Espessura das barras (t)(mm)

Espaçamento entre as barras (a) mm

20 25 30

6 (1/4”) 0,7692 0,8065 0,8333

8 (5/16”) 0,7143 0,7576 0,7895

10 (3/8”) 0,6667 0,7143 0,7500

13 (1/2”) 0,6061 0,6579 0,6977

Valores de eficiência (E) = a/(a+t)

Exercício

Da secção e do espaçamento das barras, tem-se: E = ________

Exercício

Adota-se uma velocidade entre as barras (0,9 – 1,2 m.s-1): Vg = _____ m.s-1

2,0

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Exercício

Q (m3.s-1) H (m) S = b x H (m2) Au = S x E (m2) Vg = Q/Au (m.s-1)

0,120 0,29 0,58 0,4142 0,2897

0,080 0,21 0,42 0,3000 0,2667

0,040 0,10 0,20 0,1429 0,2799

Exercício

−=∆

g

VVH g

.2.

7,01

20

2

ou

∆H = ________ m

Exercício 02

Calcular a perda de carga para o sistema de gradeamento com

as características abaixo:

==

mmaoespaçament

mmtespessura

ferrodebarras

dados

15)(.

5)(.

.

75,0515

15 =+

=+

=ta

aE

velocidade de passagem - vg = 0,8 m.s-1 e Qmax = 0,22783 m3.s-

1

Área útil (Au) e Área da Seção do Canal (S)

21

13

285,0.8,0

.22783,0m

sm

sm

v

QAu

g

máx === −

−

238,075,0

285,0m

E

AuS ===

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21

Largura (b) do canal da grade e verificações de velocidade

mH

Sb 6643,0

572,0

38,0 ===

Q (L.s-1)

H (m)

S=b.H (m2)

Au=S.E (m2)

Vg=Qmáx Au

(m.s-1)

V0=Qmáx S

(m.s-1) 227,83 0,572 0,380 0,285 0,800 0,600

g

vvH

243,1

20

2 −=∆

Cálculo da perda de carga

mx

H 02,081,92

)6,0()8,0(43,1:limpa Grade

22

=−=∆•

mx

xHobstruídaGrade 16,0

81,92

)6,0()8,02(.43,1:%50

22

=−=∆•

Portanto, percebe-se que o aumento na obstrução, aumenta a perda de

carga na secção da grade.

Medidores de vazão

� O controle efetivo da vazão é de extrema importância para

otimização dos sistemas de tratamento;

� Para cada faixa de vazão deve-se adotar um tipo de

vertedor, com o seu formato e equação especifica;

� O vertedor retangular sem restrição ou contração se aplica a

vazões acima de 20 m3.h-1.

Vertedor retangular

onde:

Q = vazão (m3.h-1; m3.s-1; L. h-1);

L = largura do vertedor (m);

h ou H = altura ou carga (m)

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Medidores de vazão

� O vertedor triangular de Thompson e usado para vazões

mais baixas, menores que 30 L.s-1;

onde:

Q = vazão (m3.s-1; L. h-1);

L = largura do vertedor (m);

h ou H = altura ou carga (m)

Vertedor triangular de Thompson

Calha Calha ParshallParshall

� A Calha Parshall tem padrões pré estabelecidos e é indicadapara vazoes acima de 50 m3.h-1;

Tratamento Primário

� Medidor de vazão no tratamento primário

Calha ou vertedor Parshall

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Calha Calha ParshallParshall

- K é uma constante que depende das dimensões da calha e ajuste da unidade deengenharia;- n = constante tabelada pelo Parshall - varia com a largura da garganta da calha ;- w = largura nominal

Exercícios Exercícios –– medidores de vazãomedidores de vazão

01-) Para uma vazão de 177,63 L.s-1, K no valor de 0,69 e N de1,55, calcular o valor da altura nominal H em metros para umacalha Parshall.

02-) Uma calha Parshall com largura nominal (w) de 6” e alturanominal de 0,33 m esta sendo testada em uma estação detratamento de esgoto doméstico. Desta forma, calcular a vazão(Q) para esses dados.

03-) Para um vertedor triangular de Thompson com alturanominal de 0,28 m, calcular a vazão resultante para verificar sea mesma se encontra abaixo do valor máximo de segurança (30L.s-1)

Exercícios Exercícios –– medidores de vazãomedidores de vazão

04-) Com o objetivo de medir a vazão de um riacho foiconstruído um vertedor retangular, sem contrações laterais,com soleira de 2,00 m de largura e instalada a 0,90 m dofundo do riacho. Qual a vazão no vertedor quando acarga/altura for de 30 cm ?

05-) Um vertedor retangular, sem contração lateral, tem 1,25m de soleira (largura) e esta fica 70 cm distante do fundo docurso d’água. Sendo 45 cm a carga do vertedor, calcular suavazão.