Tratamento de Efluentes Sanitários no Campus de Ciências Agrárias da UNIVASF, Notas de aula de Química

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UNIVASF

SISTEMA DE TRATAMENTO DE

EFLUENTES

CAMPUS DE CIÊNCIAS AGRÁRIAS

UNIVASF

Outubro/

UNIVASF

SUMÁRIO

APRESENTAÇÃO

CONSIDERAÇÕES INICIAIS

DEFINIÇÃO DO TIPO DE TRATAMENTO

PRINCÍPIOS DE FUNCIONAMENTO

MEMÓRIA DE CÁLCULO

ESPECIFICAÇÕES TÉCNICAS

NORMAS OPERACIONAIS

PLANTAS E ANEXOS

UNIVASF

CONSIDERAÇÕES INICIAIS

Neste projeto foram consideradas as seguintes definições, de acordo com a Norma CPRH

Carga orgânica

Quantidade de matéria orgânica expressa em massa por unidade de tempo (Kg DBO/dia ou

Kg DQO/dia),transportada ou lançada num corpo receptor, ou sistema de tratamento de

águas residuárias, calculada através da vazão média diária do efluente.

Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO)

Quantidade de oxigênio requerida na oxidação bioquímica de matéria orgânica existente na

água, pela ação de bactérias aeróbias sob condições específicas. É o parâmetro mais

empregadopara estimar poluição, utilizando-se a demanda bioquímica em 5 dias (DBO 5 ), a

20 ºC. É expressa em termos de concentração (mg O 2 /L).

Demanda Química de Oxigênio (DQO)

Quantidade de oxigênio requerida na oxidação química de matéria orgânica existente na

água, através de um agente oxidante (geralmente o dicromato de potássio), em meio ácido,

sob condições específicas. É expressa em termos de concentração (mg O 2 /L). Os efluentes

sanitário da UNIVASF são gerados a partir dos efluentes dos vestiários e banheiros,

lavagens de pisos em geral, restaurantes e lanchonetes. Para este projeto foram

considerados os seguintes itens:

a) Estimativa de contribuição de 3.200 alunos em turnos de até 15 horas/dia.

b) A contribuição individual de efluentes foi considerada como de 80 L/dia.

Com estas considerações e conforme está apresentado na memória de cálculo, a vazão

média e as concentrações e cargas orgânicas que constituem o efluente se resumem ao

seguinte quadro:

Vazão média diária 256,00 m 3

Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO) 350,00 mg/L

Demanda Química de Oxigênio (DQO) 850,00 mg/L

Carga Orgânica (CO) 3,73 Kg DBO/hora (89,60 Kg DBO/dia)

9,07 Kg DQO/hora (217,60 Kg DQO/dia)

O local do empreendimento não dispõe de rede pública coletora de esgoto. Com efeito, e de

acordo com a Norma Técnica CPRH 2001 – Controle da Carga Orgânica em Efluentes

Líquidos Industriais, deverá ser implantada uma estação de tratamento de efluentes de

forma a adequá-lo aos critérios e padrões de qualidade de água do corpo receptor. O corpo

receptor final será uma lagoa natural existente no campus. De acordo com a tabela

AVALIAÇÃO DE PARÂMETROS PARA DESCARGA DE EFLUENTES LÍQUIDOS

INDUSTRIAIS E DOMÉSTICOS, da Norma CPRH 2002, para o valor de 89,60 Kg

DBO/dia (ou de 217,60 Kg DQO/dia) de carga orgânica, o sistema de tratamento deverá

atingir uma redução mínima de 90%, proporcionando um efluente com uma DBO residual

máxima 35,00 mg/L. Entretanto o sistema proposto objetiva uma remoção que atenderá

amplamente à Legislação, produzindo um efluente com uma concentração máxima de

20,00 mg DBO/L.

Legislação ambiental.

Por outro lado, é sabido que, por se tratar de uma estação de tratamento, será requerido da

UNIVASF, o seguinte:

1) Rigorosa e perfeita operação do sistema.

2) Sua responsabilidade pela operação, manutenção e controle do efluente final, inclusive

da eventual

possibilidade de emanação de odores desagradáveis oriundos do mau funcionamento ou

desativação Sistema;

3) A apresentação ao órgão de controle do meio ambiente, os registros de todas as

manobras

efetuadas no sistema, as análises de campo e determinação dos parâmetros de controle, de

acordo

com o Plano de Controle que se encontra reproduzido neste projeto, no capítulo Normas

Operacionais;

4) O sistema deverá trabalhar ininterruptamente, 24 horas por dia, o que irá demandar um

consumo de

energia equivalente à um motor de 5,0 CV, em 380 V, ou seja, 2.700 Kwh/mês, que ao

valor atual

de R$ 0,50/Kwh totaliza R$ 1.350,00 (um mil trezentos e cinquenta reais) de energia

elétrica, ou

ainda, R$ 0,18 (dezoito centavos) por metro cúbico de efluente tratado e irá produzir uma

quantidade de lodo que será disposto em leitos de secagem para a desidratação, e;

5) Preocupação constante com os equipamentos eletromecânicos e alocação de técnico

responsável e

de funcionários para a supervisão da operação.

A UNIVASF deverá seguir fielmente as Normas Operacionais elencadas em capítulo

específico

deste projeto.

UNIVASF

PRINCÍPIOS DE FUNCIONAMENTO

Todos os efluentes orgânicos produzidos pelos galpões industriais serão agregados e

encaminhados para o sistema de tratamento, objeto deste Projeto.

Foi considerado neste projeto que os efluentes gerados nos restaurantes e lanchonetes serão

inicialmente encaminhados para caixas de retenção de gordura a serem especificada nos

projetos de instalações hidro-sanitárias. Após a passagem por essa unidade, os efluentes

serão misturados com os demais. Com efeito, este projeto não especifica a unidade de

retenção de óleos e graxas (O&G).

Nas normas operacionais estão especificados os cuidados que deverão existir com o

monitoramento do parâmetro O&G. Na eventualidade da ocorrência de concentrações de

O&G maiores que 50 mg/L, o empreendimento deverá providenciar uma unidade de

separação industrial, como por exemplo, um flotador tipo FAD (ar-dissolvido).

GRADEAMENTO

Inicialmente o efluente sanitário passará por uma grade de retenção de sólidos grosseiros.

Haverá separação física de materiais de grandes dimensões tais como copos plásticos,

absorventes, papel em grandes proporções etc. A retirada física destes materiais tem como

objetivo proteger os dispositivos de transporte de líquidos tais como bombas e tubulações e

os dispositivos de tratamento tais como aeradores e filtros e, ao final, evitar que eles sejam

dispostos no corpo de água receptor. O gradeamento será confeccionado em PRFV.

CAIXA DE AREIA

A caixa de areia será instalada após o gradeamento. Os sólidos pesados e a areia serão

retidos com o objetivo de proteger as bombas, válvulas e acessórios contra a abrasão, assim

como evitar o entupimento de tubulações e o assoreamento dos tanques, diminuindo o

volume útil e comprometendo a eficiência do sistema. A caixa de areia será confeccionada

em alvenaria.

PENEIRA ESTÁTICA

Os sólidos que ainda restarem e que forem de dimensões maiores de 1,0 mm ou aqueles

O sistema de tratamento aeróbico é, também, um processo biológico natural, dinâmico e

depende de culturas microbiais mistas para decomporem e removerem substâncias

orgânicas. As culturas microbiais são desenvolvidas em um ambiente monitorado, de forma

a evitar uma superpopulação ou, ao contrário, uma população insuficiente para degradar a

matéria orgânica. No início do processo, em uma câmara de tratamento contendo os

microorganismos, é fornecido oxigênio suficiente para manter uma condição de vida

aeróbia e o efluente contendo o alimento biológico, nutrientes e mais microorganismos é

introduzido. O tanque de aeração será confeccionado em PRFV.

DECANTADOR LAMELAR

Depois, a mistura água+microorganismos+matéria orgânica é transferida para um outro

local, com baixa agitação onde ocorre o fenômeno físico da separação por decantação

separando a água que sai como efluente tratado, os microorganismos e parte da matéria

orgânica ainda não degradada. A mistura sedimentada de microorganismos e matéria

orgânica é chamada de lodo ativado. A água, que ainda contém uma quantidade pequena de

matéria orgânica e microorganismos será encaminhada para a terceira etapa do tratamento e

o lodo ativado será retornado para o tanque de aeração. Inicialmente uma alta taxa de

recirculação é drenada do fundo do decantador para que se possa reter uma cultura

biológica suficiente no sistema. Entretanto, após um curto período de tempo, são criados os

flocos biológicos decantáveis naturais de modo a, eficientemente, flocular a matéria

orgânica do esgoto. Com o tempo a quantidade de lodo ativado tende a crescer devido a

reprodução e a chegada de mais microorganismos com mais matéria orgânica, alcançando

um valor que indica a necessidade de sua retirada do sistema. O decantador lamelar será

confeccionado em PRFV.

LAGOA DE ESTABILIZAÇÃO (lagoa natural)

A lagoa de estabilização, que também servirá como elemento paisagístico, será uma lagoa

facultativa com predominância aeróbia, que consiste na retenção dos efluentes por um

período de tempo longo o suficiente para que os processos naturais de estabilização da

matéria orgânica se desenvolvam.

MEDIÇÃO DE VAZÃO

O último instrumento da ETE é um medidor de vazão. Será utilizada uma calha Parshall de

UNIVASF

MEMÓRIA DE CÁLCULO

DIMENSIONAMENTO

Estação de Tratamento - UNIVASF

Definição do Empreendimento Campus universitário Efluentes orgânicos Estimativa de população 3200 pessoas Contribuição individual de esgotos 80 L/dia Período considerado 24 horas/dia Turnos considerado 1 turno Quantidade de refeições 0 refeições Contribuição de esgotos por refeição 0 L Determinação da Vazão Média Diária

Unidade Mínima Média Máxima

Vazão horária Cozinha litros - - - Funcionários litros 5.333,3 10.666,7 16.000, Total litros 5.333,3 10.666,7 16.000, Vazão diária Cozinha m3 - - - Funcionários m3 128,00 256,00 384, Total m3 128,00 256,00 384, Concentrações Orgânicas

Unidade DBO DQO

Cozinha mg/litro 350,00 850, Funcionários mg/litro 350,00 850, Mistura mg/litro 350,00 850, Cargas Orgânicas VMD e COD - Pág. 1 /

DIMENSIONAMENTO

Estação de Tratamento - UNIVASF

Perda de carga Para Qmax 0,000372 m Ok !! Para Qmed 0,000098 m Ok !! TRATAMENTO PRIMÁRIO - Pàg. 1/

DIMENSIONAMENTO

Estação de Tratamento - UNIVASF

Caixa de areia Diâmetro mínimo particulas areia 0,10 mm Vel sedimentação vertical 0,02 m/s Vel max fluxo na caixa 0,30 m/s Vel mínima no canal aproximação 0,60 m/s Coef. Segurança 1, Sólidos em suspensão 0,10 mL/m Canal aproximação Seção 0,007222 m Largura 0,20 m Altura de água 0,04 m Caixa de areia Comprimento 0,54 m Comprimento adotado 1,50 m Altura de água 0,04 m Largura 0,27 m largura adotada 0,30 m Bordo livre 0,36 m Altura total 0,40 m Caixa de retenção Intervalo limpeza 3,00 dias Produção 0,07 m Profundidade 0,25 m Profundidade adotada 0,30 m TRATAMENTO PRIMÁRIO - Pàg. 2/

DIMENSIONAMENTO

Estação de Tratamento - UNIVASF

Elevatória de Efluente Bruto Qmed 64,00 m3/dia Viscosidade 1,01E-06 m2/s Qmax 96,00 m3/dia Funcionamento 9 horas/dia Qmin 32,00 m3/dia Rendimento 70%

L recalque 800 m Singularidades 5 Curva 90º 7,00 m Cota partida -3,00 m 4 Joelho 45º 6,80 m Cota chegada 4,00 m 1 VRH 8,20 m Alt geom 7,00 m 1 RG 0, Tubulação PVC Leq 22,00 m e 0,06 Peso específico esg. 1020 Kg/m Qproj 0,00296 m3/seg f 0, Dr 0,055 m Jr 0,0072 m/m Dr adot 0,075 m Lv 822,00 m Ur 0,67 m/s Perda carga 5,8985 m Re 49.804 Alt man 12,8985 m e /Dr 0,0008 Potência bomba 0,74252 CV 1/RAIZ( f ) 6,5270 Potência adot 1,50 CV 1/RAIZ( f ) (int) 6,5270 Potencia alt 1,5 CV Vazão Bomba 14 m3/h Verificação da velocidade com a vazão da bomba Q 0,00389 m3/seg Dr 0,063 m Dr adot 0,075 m Ur 0,88 m/s TRATAMENTO PRIMÁRIO - Pàg. 3/

DIMENSIONAMENTO

Estação de Tratamento - UNIVASF

Poço de recalque Partidas p/hora 4 Intervalo de partida 15 minutos Vol req poço 0,825 m 825 litros Volume adotado 900 litros Dimensões Diâmetro 1,00 m Seção 0,79 m Altura 1,15 m Altura adotada 1,30 m Bordo livre 1,00 m Volume útil 0,90 m Funcionamento

Tanque Quantidade 4 Diâmetro 2,50 m Altura req 2,75 m Altura adot 3,00 m Bordo livre 0, Volume total 58,90 m TRATAMENTO PRIMÁRIO - Pàg. 5/

DIMENSIONAMENTO

Estação de Tratamento - UNIVASF

Bombas de alimentação geral Qmed 256,00 m3/dia Viscosidade 1,01E-06 m2/s Qmax 256,00 m3/dia Funcionamento 18 horas/dia Qmin 256,00 m3/dia Rendimento 70% L recalque 10 m Singularidades 5 Curva 90º 7, Cota partida 0,00 m 4 Joelho 45º 6, Cota chegada 6,00 m 1 VRH 8, Alt geom 6,00 m 1 RG 0, Tubulação PVC Leq 22, e 0,06 Peso específico esg. 1020 Kg/m Qproj 0,00395 m3/seg f 0, Dr 0,076 m Jr 0,0066 m/m Dr adot 0,085 m Lv 32,00 m Ur 0,70 m/s Perda carga 0,2106 m Re 58.593 Alt man 6,2106 m e /Dr 0,000705882 Potência bomba 0,47669 CV 1/RAIZ( f ) 6,6458 Potência adot 1,00 CV 1/RAIZ( f ) (int) 6,6458 Potência alt 1,0 CV Vazão Bomba 14,22 m3/h Verificação da velocidade com a vazão da bomba Q 0,00395 m3/seg Dr 0,076 m Dr adot 0,085 m Ur 0,70 m/s TRATAMENTO PRIMÁRIO - Pàg. 6/

DIMENSIONAMENTO DE REATORES ANAERÓBICOS - RAFA

Estação de Tratamento - UNIVASF

Parâmetros de projeto Tempo de detenção hidráulica - TDH 8,00 horas Temperatura do efluente - T 27 ºC DQO de um mol CH4 - K 64 g Cte gases nobres a 23ºC - R 0,08206 atm.L/mol. ºK Pressão atmosférica 1 atm Coef. Produção sólidos - Yobs 0,18 Kg DQOlodo / Kg DQOaplic Coef. Produção sólidos no sistema- Y 0,18 Kg SST / Kg DQOaplic Velocidade liberação de gás - vg 2,00 m 3 gás/m 2 .h Velocidade máxima abertura decantador Para Qmed Vmed 4,00 m/h Para Qmax Vmax 5,00 m/h Concentração metano no gás - Cmet 75% Concentração do lodo - Co 4% Peso específico do lodo - G 1.020 kg/m 3 Recirculação 50% Carga biológica da partida 0,50 Kg DQO/Kg SVT.dia Reator anaeróbico V=TDH x Q 85,33 m Unidades 4 Altura individual 4,85 m Área individual 4,40 m Dimensões das unidades Diâmetro calc 2,37 m Diâmetro adot 2,50 m Valores corrigidos Área indiv. 4,91 m2 OK !! Área total 19,63 m Volume - V 95,23 m TDH 8,93 horas Bordo livre 0,15 m RAFA - Pág. 1/

DIMENSIONAMENTO DE REATORES ANAERÓBICOS - RAFA

Estação de Tratamento - UNIVASF

Cargas aplicadas Carga hidráulica volumétrica - CHV CHV = Q / V = 1/TDH 2,69 m3/m3.dia OK !!

Dimensionamento dos coletores de gases Ag = Qbiogás/vg 1,17 m Número de coletores (adotado) 4 Coletor por unidade 1 Área por coletor 0,29 m Diâmetro do coletor calc 0,61 m Diâmetro do coletor adot 0,80 m RAFA - Pág. 3/

DIMENSIONAMENTO DE REATORES ANAERÓBICOS - RAFA

Estação de Tratamento - UNIVASF

Dimensionamento das passagens para o decantador Separadores trifásicos (adotado) 4 Separador por unidade 1 Aberturas simples 1 Total equivalente de aberturas simples 1 Largura de cada abertura - La 0,60 m Comprimento da abertura - Ca 5,97 m Comprimento equivalente abertura simples - Ct 5,97 m Área total das aberturas - At = Ct x La 3,58 m Verificação das velocidades pelas aberturas (Va) Para Qméd Va 2,98 m/h OK !! Para Qmax Va 4,47 m/h OK !! Dimensão largura 0,60 m RAFA - Pág. 4/

DIMENSIONAMENTO DE REATORES ANAERÓBICOS - RAFA

Estação de Tratamento - UNIVASF

Dimensionamento dos decantadores Quantidade de decantadores 4 Decantador por unidade 1 Comprimento do decantador - Cd 5,97 m Comprimento total de decantação - Ct 23,88 m Espessura da parede do coletor de gases 0,003 m Diâmetro do coletror de gases - Lg 0,81 m Diâmetro de cada decantador 2,50 m Área de decantação - Ad 17,59 m Verificação das taxas de aplicação superficiais

Para Qméd Vd 0,61 m/h OK !! Para Qmax Vd 0,91 m/h OK !! Detenção hidráulica - Th 2,00 h Volume dos decantadores - Vd = Qméd / Th 21,33 m Volume individual dos decantadores - Vi 5,33 m Secão vertical 0,89 m Paramento vertical - Pv 0,60 m Inclinação 63,00 º Área 1,32 m2 OK !! Altura paramento inclinado - Pi 1,00 m Paramento inclinado 1,03 m Altura decantador - Hd = Pv + Pi 1,60 m OK !! Defletores inferiores Trespasse 0,20 m Projeção horizontal do defletor 0,80 m Inclinação da parede defletora 63,00 º Largura da parede inclinada 1,76 m Altura do defletor 1,57 m RAFA - Pág. 5/

DIMENSIONAMENTO DE REATORES ANAERÓBICOS - RAFA

Estação de Tratamento - UNIVASF

Avaliação da produção de lodo Plodo = Y x DQOapl 39,17 Kg SST/d Vlodo = Plodo / (G x Co) 0,96 m3/d Estimativa de lodo para inóculo Carga orgânica aplicada 217,60 Kg DQO/m Concentração de SV 5% Massa de inóculo necessária 435,20 Kg SVT Volume de inóculo 8,53 m RAFA - Pág. 6/

DIMENSIONAMENTO DE BIOESTAÇÕES COMPACTAS

Estação de Tratamento - UNIVASF

Aeração Convencional

Determinação da Vazão Média Diária Efluente orgânicos efluente do Reator Anaeróbio Vazão de projeto 256,00 m3/dia Determinação da Concentração da DBO