Resumo apresentação 22-10-2021

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ 
 
ANA CARLA CORRÊA MACHADO 
GUILHERME CHAGURI DE OLIVEIRA 
GUSTAVO DE OLIVEIRA CORADIN 
INGRID SKOLIMOVSKI PAGANGRIZO 
JOÃO VICTOR BRUSTZ DE SOUZA 
LUCAS FUJIMOTO SILVESTIM 
MARINA LOURENÇO KIENTECA 
TALITA CRISTINA SOUZA DA SILVA 
 
 
 
 
 
 
 
SEMINÁRIO DE TRATAMENTO DE EFLUENTES 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
CURITIBA 
2021 
 
 
 
1. REATORES TIPO FLUXO EM PISTÃO OU PFR 
 
O reator tipo pistão ou PFR (Plug-flow-reactor) é considerado o mais 
convencional. A diferença física entre este e o de mistura completa é seu 
dimensionamento longitudinal. No entanto, sua cinética é completamente diferente. 
No PFR o decaimento da DBO se processa ao longo da trajetória do líquido. Assim, 
ao final do reator a DBO solúvel será a mínima possível. Como a demanda de oxigênio 
aumenta ao longo do trajeto e caso os níveis de aeração sejam baixos, aumenta a 
concentração de Od. Para tal feito, surgiu duas variantes de projeto a fim de contornar 
o problema: alimentação escalonada, onde o fluido é alimentado por diversas 
entradas, o consumo de oxigênio é homogêneo e possui uma boa flexibilidade de 
operação, e a aeração decrescente, a qual o nível de aeração diminui ao longo do 
reator e onde a demanda de Od decresce quando a aeração decresce, 
economicamente melhor em questão do fornecimento de oxigênio. A aeração do 
reator pode ser feita de 2 maneiras, por ar difuso ou aerador mecânico. 
 
1.1 Dimensionamento 
 
Para os detalhes de projeto, Von Sperlin em 1997 enumerou 14 aspectos 
gerais que devem ser observados na hora da construção do projeto: 
● Comprimento e Largura devem permitir uma distribuição Homogênea dos 
aeradores na superfície; 
● Profundidade útil de 3.5 a 4.5m para aeração mecânica e 4.5 a 6.0m para ar 
difuso; 
● A altura extra deve ser de 0.5m; 
● Dimensões da planta em função do regime hidráulico selecionado e 
compatíveis com as áreas dos aeradores; 
● Vazão superior a 250 L/s deve-se ter mais de um reator; 
● Tanques usualmente de concreto armado com paredes verticais e analisar a 
possibilidade de tanques taludados; 
● Aeradores mecânicos devem ser apoiados em passarelas sobre pilares ou 
ancorados nas margens caso sejam de alta rotação; 
 
 
● A oxigenação é controlada por submergência das hélices, velocidades dos 
aeradores ou liga-desliga dos aeradores; 
● Caso a aeração seja por ar difuso, esta deve ser controlada por válvula de 
saída dos sopradores ou válvulas de entrada nos reatores.; 
● Se a entrada do efluente for submersa, evita o desprendimento do gás 
sulfídrico; 
● A saída do tanque deve ser feita por vertedores; 
● Os arranjos de entra e saída devem permitir o isolamento de uma unidade para 
eventual manutenção. 
● Possibilitar condições de quebra de escuma por meio de mangueiras ou 
aspersores; 
● Prever a possibilidade de drenagem do tanque; 
● Caso haja interferência do nível de água do lençol freático, deve-se possibilitar 
alívio de pressão. 
 
2. AERAÇÃO PROLONGADA 
 
2.1 Lodo Ativado 
 
 Explicando inicialmente o esquema desse processo: o efluente é descarregado 
no reator de aeração prolongada; a mistura reacional é descarregada no decantador, 
onde fica até ocorrer a separação satisfatória das fases; a fase líquida tratada é 
direcionada ao seu destino final, enquanto a fase sólida é parcialmente descartada 
(lodo excedente) e parcialmente reciclada à corrente de alimentação. 
 
 
 
 
 
 Estes reatores podem ser de: mistura completa (CFSTR), o qual é contínuo; 
reator por batelada (batch); por valos de oxidação e do tipo carrossel. Estes 3 últimos 
vamos explicar posteriormente. 
 Aqui algumas características quantitativas de reatores de Aeração Prolongada 
por Lodo Ativado: destaque para a eficiência de remoção da DBO entre 90 e 98%. 
 E outras características também: 
- São razoavelmente resistentes a cargas de choque e lançamentos ocasionais 
de elementos tóxicos; 
- A amônia presente no lodo biológico é convertida quase que totalmente em 
nitritos e nitratos (nitrificação); 
- Como o lodo é praticamente estabilizado, dispensa-se o uso de decantadores 
primários antecedendo o reator (caso não haja lodo primário); 
- Tem tamanho bem maior que os reatores por taxa convencional (pois possuem 
idade do lodo maior ou fator de carga menor) 
- Possuem um consumo de O2 bem maior 
 
2.2 Aeração Prolongada com reator de mistura completa 
 
 É um reator com agitação contínua, então aquele processo que eu havia 
mostrado é ininterrupto. Por conta dessa agitação “perfeita”, ele é chamado de 
completa mistura pois forma sistema reacional homogêneo. 
Arranjo bem parecido com os reatores de taxa convencional, porém com 
volume maior (devido a carga a ser tratada), assim como precisa de O2. 
E aqui a equação de volume desse reator, com alguns dos parâmetros mais 
usuais no tratamento de efluentes: 
Possuem arranjo semelhante ao apresentado para a taxa convencional, 
porém com volume maior devido a carga a ser tratada, assim como necessita de 
oxigênio para o tratamento. 
O volume necessário pode ser calculado por: 
 
 
 
𝑌 (coeficiente de síntese celular): 0,6 a 0,8 kg SSV gerado/kg de DBO 
removida; 
𝑄0 (vazão média diária de alimentação): em m3/dia; 
𝑆0 (concentração do substrato na alimentação): em kg DBO/m3 de esgoto; 
𝑆𝑒 (concentração do substrato na saída): em kg DBO/m3 de esgoto; 
𝑘𝑑 (coeficiente de respiração endógena): 0,09 /dia; 
𝑓𝑏 (fração biodegradável de SSV): para Θ𝐶 =24 𝑑𝑖𝑎𝑠 e 𝑘𝑑=0,09/𝑑𝑖𝑎 → 𝑓𝑏 = 
0,56 
 
2.3 Aeração prolongada com reator tipo valo de oxidação 
 
Até a década de 50, pequenas comunidades não possuíam sistema de esgoto 
pois o custo de operação dos sistemas convencionais de lodos ativados era muito 
alto para a baixa demanda. A necessidade de sistemas menos complexos e com 
menos operações unitárias deu origem aos valos de oxidação, que são sistemas que 
não possuem os decantadores primários, dispensando a necessidade de digestores 
de lodo. O esgoto, depois de passar pelas unidades iniciais (gradeamento, caixa de 
areia e medidor de vazão) vai direto para o reator, onde será submetido à aeração 
prolongada. 
 A partir daí, tem dois tipos de reatores, contínuos e descontínuos. Os 
reatores descontínuos, depois do período de aeração, tem um período de 
sedimentação onde suas escovas param e os sólidos em suspensão sedimentam. O 
líquido sobrenadante, que é o esgoto tratado, é drenado e os sólidos sedimentados 
são descartados ou reciclados, portanto não há a necessidade de um decantador 
secundário. No período de parada do reator, o esgoto afluente se acumula na unidade 
emissária. Em operação contínua há a presença de um decantador secundário, que 
pode estar em uma unidade separada com recirculação de lodo ou dentro do próprio 
reator. 
 Os valos de oxidação possuem formato de hipódromo, e profundidade máxima 
de 1,20m, considerada baixa, pois o reator possui um aerador tipo escova com eixo 
horizontal. O aerador serve tanto para manter o nível de oxigênio (aerar) quanto para 
manter a velocidade de circulação de 0,4 a 0,6m/s, o que seria difícil com valos de 
maiores profundidades devido ao eixo horizontal. 
 
 
 O dimensionamento dos valos de oxidação pode ser feito com a mesma 
equação do exemplo de reatores de mistura completa, porém como a altura do valo 
é menor, a área projetada será maior. Devido à grande área de implantação, este tipo 
de reator é restrito a populações de no máximo 15 mil habitantes. 
 
2.4 Aeração prolongada com reator tipo carrossel 
 
Com a necessidade de se ampliar a capacidade dos valos de oxidação, foi 
desenvolvido o reator tipo carrossel que é semelhante ao valo de oxidação, porém 
possui um aerador com eixo vertical. Os aeradores verticais possibilitam maiores 
profundidades, podendo chegar a 5m de profundidade na zona de aeração, e 3,5m 
na zona não aerada. O dimensionamentoé feito da mesma forma que os anteriores, 
porém como a profundidade é maior, a área de construção será bem menor. Estas 
pequenas mudanças na estrutura permite que este sistema de tratamento de esgoto 
seja utilizado por populações de até 150 mil habitantes. 
Observações práticas mostram que o nível de oxigênio dissolvido na massa 
líquida decresce proporcionalmente à distância do ponto de aeração, portanto são 
necessários sondas ou detectores de nível de oxigênio para avaliar tanto a eficiência 
da remoção de DBO do resíduo quanto a capacidade de desnitrificação. A importância 
da desnitrificação vem da necessidade de remover o nitrogênio do esgoto que 
normalmente está na forma de proteínas ou amônia, que é tóxica para a vida 
aquática. 
Para que as bactérias facultativas completem a desnitrificação na presença de 
oxigênio, a mistura deve ser ácida. Porém como o esgoto doméstico tem seu pH 
neutro ou alcalino, a desnitrificação somente é completada em zonas anaeróbicas, 
sendo uma vantagem para reatores tipo carrossel, que possuem zonas anóxicas, 
onde a concentração de oxigênio dissolvido é praticamente zero, diferente de outros 
reatores de aeração prolongada. Alguns pontos devem ser observados na operação 
de um reator tipo carrossel para garantir a desnitrificação, como uma baixa relação 
alimento/microorganismos, para permitir o desenvolvimento de bactérias nitrificantes, 
controle do oxigênio dissolvido, para que haja sempre uma concentração inferior a 
0,5 mg/mL, e a descarga de uma parcela do afluente orgânico ao tanque no início do 
canal de desnitrificação, para que a matéria orgânica presente no afluente permita a 
continuidade dos microorganismos. 
 
 
Pelo fato de o oxigênio ir quase a zero entre os 2 pontos de aeração, a 
eficiência da aeração aumenta pela diferença de concentração de oxigênio entre o ar 
e o líquido. 
 
2.5 Aeração prolongada com reatores tipo batelada 
 
A aeração prolongada com reatores tipo batelada é uma alternativa para ser 
utilizada conseguir diminuir a quantidade de equipamentos ou até mesmo retirá-los, 
um exemplo é a substituição dos decantadores (primário e secundário), do sistema 
de recirculação e de digestão do lodo. 
Caso aconteçam problemas na hora de extrair o efluente tratado pode-se 
utilizar vertedouros flutuantes, mas há outras formas para solucionar. 
Este sistema de reatores, ele é muito fácil de colocar em prática por ter pouca 
necessidade de manutenção e não precisa de mão de obra especializada. Isso é 
justificado pelo ciclo operacional que é composto por: fase de enchimento, fase de 
aeração, fase de sedimentação, drenagem e um tempo de segurança (tempo de 
segurança). Esse ciclo possui algumas características comuns como: 
● O ciclo operacional do reator é fixo (há uma faixa de horas e o mais comum é 
de 6 em 6 horas). Esse tempo determina o número de reatores. 
● As vazões que chegam no tratamento de esgoto variam bastante e por isso, 
pode-se fazer desvios do esgoto para um outro reator se o anterior estiver 
cheio. 
● O tempo de aeração necessita ser a metade ou maior que o tempo total do 
ciclo. 
● A sedimentação do lodo precisa ser de 1 hora no mínimo. 
● A drenagem do efluente deve ser feita em vários pontos no reator para que a 
velocidade seja baixa e retarde o transporte dos sólidos que afetam a 
efetividade. Essa drenagem, além disso, ela precisa ser feita em vários níveis 
e, normalmente, em vertedouros flutuantes. Esse tempo deve ser indicado em 
algum pré-teste que avalia a concentração de sólidos. 
 
 
● Tempo de segurança de 15 minutos. 
● Se no projeto é necessário manter os microrganismos aeróbios em atividade, 
o período sem aeração não deve passar de 4 horas. 
● O volume do reator é calculado por: 
𝑉𝑅 =
𝑌 . 𝑄𝑐 . 𝜃𝑐 . (𝑆𝑜 − 𝑆𝑒)
𝑋𝑉 . [1 + (𝑘𝑑 . 𝑓𝑏 . 𝜃𝑐)]
 
Sendo que: 
● Y é o coeficiente de síntese celular 
● Qc é a vazão média de ciclo 
● Θc é a idade o lodo 
● S0 é o substrato afluente ao sistema 
● XV é o SSV no reator cheio 
● kd é o coeficiente de respiração endógena 
● fb é a fração biodegradável do SSV 
Um exemplo de cálculo, pode ser feito num ciclo operacional composto por 3 
reatores dispostos na figura a seguir. 
 
 
 
Admitindo que: 
● O tempo de enchimento é de 4 horas e que por dia são feitos 6 enchimento; 
● A vazão média 𝑄c é de 3491,0 m³/dia; 
● A concentração de SSV no reator drenado é de 5400 mg/L = 5,4 m³/dia; 
● A idade do lodo é de 24 dias; 
 
 
● 𝑆0 é 0,4044 m³/dia; 
● 𝑆e é 0,4044 m³/dia. 
 
 Calculando o volume do lodo no reator, deve-se primeiro calcular a vazão de 
cada ciclo, portanto: 
 
𝑄𝑐 = 𝑄𝑜/6 = 3419,0/6 = 582 𝑚³/𝑑𝑖𝑎 
𝑉𝐿𝑅 =
0,7 𝑥 582 𝑥 24 𝑥 (0,4044 − 0,0074)
5,4 𝑥 [1 + (0,09 𝑥 0,56 𝑥 24)]
= 325 𝑚³ 
 
 Calculando o volume de segurança pela equação abaixo, 
 
𝑉𝑆1 = 0,1 𝑥 𝑉𝐸𝑁𝐶𝐻𝐼𝑀 = 582 𝑥 0,1 = 58,2 𝑚³ ≈ 60 𝑚³ 
 
Portanto, o volume do reator pode ser calculado pela soma dos 3 volumes 
obtidos: 
 
𝑉𝑅 = 582 + 60 + 325 = 967 𝑚³ 
 
A partir de um tanque já pré-estabelecido com dimensões definidas como na 
figura a seguir, pode-se calcular a concentração real de SSV no tanque cheio e as 
alturas. 
 
 
 
 
A área superficial é de 𝐴𝑆𝑅 = 12,00 𝑥 24,00 = 240 𝑚² e admitindo uma 
profundidade de 4,00 m, o volume é de 960 m³. Com isso, calcula-se 𝑋𝑉: 
𝑋𝑉 =
0,7 𝑥 582 𝑥 24 𝑥 2(0,4044 − 0,0074)
960 𝑥 [1 + (0,09 𝑥 0,56 𝑥 24)]
= 1,83 𝑘𝑔/𝑚³ = 1830 𝑚𝑔/𝐿 
Com esse valores, é fácil de encontrar as alturas, basta realizar 𝑉/𝐴𝑆𝑅, portanto 
as alturas são: 
𝐻𝐸𝑁𝐶𝐻𝐼𝑀 = 582/240 = 2,43 𝑚 ≈ 2,40 𝑚 
𝐻𝑆1 = 60/240 = 0,25 𝑚 
𝐻𝐿 = 325/240 = 1,35 𝑚 
𝐻𝑅 = 2,40 + 0,25 + 1,35 = 4,00 𝑚 
𝐻𝑆2 = 𝑎𝑑𝑜𝑡𝑎𝑑𝑜 𝑣𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑑𝑒 0,60 𝑚 
𝐻𝑇 = 4,00 + 0,60 = 4,60 𝑚 
 
2.6 Aeração do esgoto no processo de lodos ativados 
 
2.6.1 Demanda de oxigênio necessária nos processos biológicos 
 
Na aeração do esgoto no processo de lodos ativados, a demanda de oxigênio 
necessária aos processo biológicos é variável: maior a idade do lodo, maior a 
demanda de oxigênio necessária por unidade de substrato removida. Isso porque com 
 
 
o tempo as reações de respiração se tornam mais significativas. Essa demanda é 
regida pela expressão abaixo: 
 
Em que a’ é uma constante atribuída a parcela da respiração endógena e b’ 
respiração endógena. Considera-se para esgoto doméstico valores de 0,52 e 0,12 
respectivamente para essas constantes. Fatores como idade e fator de carga do lodo 
alteram a demanda, como indicado na Tabela 9.17. 
 
Há também na expressão a parcela da nitrificação, para isso, existem valores 
limite da idade e fator de carga do lodo a depender da temperatura, que possibilitam 
ou não que ocorram reações de nitrificação, como indicado na tabela 9.18. Reações 
de nitrificação demandam mais oxigênio. 
 
 
 
Para dimensionamento considera-se os valores da tabela 9.19. Mas há uma 
variação da demanda ao longo do dia que pode ser atendida com aeradores de 
velocidade variável. 
 
2.6.2 Tipos de aeração 
 
Há a aeração por ar difuso, que consiste na introdução de ar ou oxigênio 
comprimido no fundo do reator por sistema de tubulações ou difusores, compressores 
ou sopradores de ar. E a aeração mecânica, que é a produção de tubilhonamento na 
superfície do líquido por aeração superficial, permitindo a entrada do ar no meio 
líquido, e a aspersão de pequenas gotas. 
 
 
 
 
 
Na aeração por ar difuso há outros tipos de aeração: tipo poroso, em que 
ocorre o surgimento de bolhas de diâmetro menor de 3mm, utilizando pratos, discos, 
domos ou tubos de materiais cerâmicos, plásticos ou membranas flexíveis. Há o tipo 
não poroso, em que as bolhas têm diâmetros maiores de 3mm, e podendo ser de 
membranas perfuradas, tubos perfurados ou com ranhuras. Outros tipos de aeradores 
por ar difuso são aeradores a jato, aspiração e tubo em U. 
Quanto menor o tamanhodas bolhas maior será a transferência de gases, 
portanto o tipo poroso é mais eficiente. Porém, por conta do efeito da colmatação, a 
eficiência pode diminuir ao longo do tempo. Há no mercado brasileiro aeradores por 
aspiração em que, com uma hélice na extremidade inferior, é imersa ao líquido 
succionando o ar. 
Os mecanismos da aeração mecânica, são a transferência de oxigênio nas 
gotas e finas películas de água aspergidas no ar, consistindo 60% da transferência. 
Transferência na interface ar líquido na qual gostas em queda entram em contato com 
líquido no reator consistindo 30% da transferência. E a transferência por bolhas de ar 
transportadas da superfície ao seio da massa líquida consistindo a menor parcela, de 
10% da transferência. 
Quanto ao eixo de rotação e forma de fixação, pode-se classificar aeradores 
mecânicos em eixo vertical, de baixa rotação e eixo radial, alta rotação e fluxo axial 
(aeradores flutuantes), e eixo horizontal. Estes aeradores são fabricados com as 
potências indicadas de 1 a 150CV. Recomenda-se que utilize um número maior de 
aeradores com baixa potência para flexibilidade operacional. Um detalhe importante 
 
 
é a submergência das hélices: quanto maior a submergência, maior será a eficiência, 
mas também maior será o consumo de energia. 
Por isso, na submergência das hélices, busca-se uma submergência 
adequada: com performance ótima, boa turbulência e absorção de ar. Submergentes 
acima da ótima aumentam o consumo de energia sem aumentar a taxa de 
transferência de oxigênio. Submergentes abaixo da ótima, embora reduzam o 
consumo de energia, reduzem também a taxa de transferência, não sendo portanto 
vantajoso. 
 
 
3. DIMENSIONAMENTO DOS SISTEMAS DE AERAÇÃO 
 
3.1 Características do sistemas de aeração 
 
Difusores de bolhas finas: bolhas são geradas por pratos os tubos, esse tipo 
de equipamento é aplicado em lodo ativado, tem uma elevada transferência de 
oxigênio e uma flexibilidade de atuação podendo atuar em várias taxas de vazão de 
ar, porém tem um alto valor de implantação. 
Difusores de bolhas médias: as bolhas desses difusores são geradas por 
membranas perfuradas, tem como principal vantagem a sua capacidade de mistura, 
porém um alto valor de implementação 
Difusores de bolhas grossas:bolhas geradas por bocais ou ejetores, diferente 
dos anteriores esse tem um baixo custo de implantação, porém tem uma baixa taxa 
de transferência de oxigênio 
 
3.2 Aeradores mecânicos 
 
Baixa rotação: se assemelha a uma bomba de alta rotação, a transferência de 
oxigênio ocorre pelo ressalto hidráulico, esse aerador opera a uma velocidade de 20 
a 60 rpm, são aplicados em unidades com profundidade de até 5 metros, esse tipo de 
aerador apresenta uma boa capacidade de mistura, porém o custo inicial é elevado 
Alta rotação: semelhante a uma bomba que opera a vazões elevadas, a 
transferência de oxigênio ocorre devido a turbulência gerada no equipamento, que 
opera a uma velocidade de 900 a 1400 rpm, diferente do anterior esse equipamento 
tem um custo inicial baixo, além de ter uma operação flexível. Porém esse 
equipamento não tem uma boa capacidade de mistura. 
3.3 Transferencia de Oxígeno 
 
 
 
A transferência de oxigênio de um difusor é definida pelo fabricante, porém é 
necessário tomar cuidado pois os catálogos fornecidos têm resultados obtidos a 
condições ideais como altitude de 0 metros(nível do mar), água limpa, temperatura 
de 20°c e O.D=0, então é necessário fazer as devidas mudanças, para valores onde 
o equipamento irá atuar. 
 
 3.3.1 Cálculo da capacidade de aeração em um campo 
 𝑁 = 𝑁0. 𝜆 
Onde λ é o fator de correlação obtido pela equação: 
 𝜆 = 𝛼
(𝛽 .𝐶𝑆𝑊−𝐶𝐿) .1,02
(𝑇−20)
9,17
 
Sendo: 
α Uma razão entre a taxa de transferência de O2 para o esgoto e para a água 
tendo valores entre 0,8 e 0,9 para a aeração mecânica e de 0,7 a 0,75 para ar difuso. 
β é uma razão entre o O.D de saturação no esgoto e na água limpa tendo um 
valor entre 0,9 a 1. 
𝐶𝐿 é a concentração de O.D no reator com um valor entre 1 a 2 mg/L 
𝐶𝑆𝑊 é a concentração de O.D tendo um valor de 9,17 
 
 
 
3.3.2 Exemplo de Cálculo 
 
Em uma ETE a 1000 m de altitude a um temperatura média de 15°C no inverno 
e 25°C no verão, estimar a quantidade total de oxigênio necessária ao sistema, a 
potência do sistema de aeração e a quantidade de aeradores por reator 
Dados: 
Vazão média: Q=40,4 L/s = 3491 m³/dia 
DBO na entrada do reator = 0,1925 kg/m³ 
DBO na saída do decantador secundário = 0,008 kg/m³ 
A) Cálculo da necessidade total de 𝑂2 
Considerando 𝑁𝑒𝑐𝑂2 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 2,0 𝑘𝑔𝑂2 /𝑘𝑔𝐷𝐵𝑂 
Para determinar o DBO é necessário adotar a maior temperatura nesse caso 25°C e 
calcular a correção do DBO tanto na entrada quanto na saída como apresentado a 
seguir: 
Entrada: 𝐷𝐵𝑂5,25 = 𝐷𝐵𝑂5,20. 1,047
(25−20) 
𝐷𝐵𝑂5,25 = 0,1925 . 1,047
5 = 0,242 𝑘𝑔/𝑚³ 
Saída: 
𝐷𝐵𝑂5,25 = 0,008 . 1,047
5 = 0,01 
é necessário agora determinar a quantidade de DBO removida no processo: 
𝐷𝐵𝑂𝑟𝑒𝑚𝑜𝑣𝑖𝑑𝑜 = 0,242 − 0,01 = 0,232 𝑘𝑔/𝑚³ 
𝐷𝐵𝑂𝑑𝑖𝑎 = 0,232 𝑘𝑔/𝑚³ . 3491 𝑚³/𝑑𝑖𝑎 = 810 𝑘𝑔/𝑑𝑖𝑎 
por fim a quantidade de 𝑂2 média consumida por dia 
𝑁𝑒𝑐𝑂2 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 . 𝐷𝐵𝑂𝑑𝑖𝑎 = 2 . 810 = 1620 𝑘𝑔𝑂2 /𝑑𝑖𝑎 
 
 
Porém, é necessário considerar uma vazão de pico, onde 𝑄𝑚𝑎𝑥 = 1,8. 𝑄𝑚𝑎𝑥 e assim 
um acréscimo de 66% no consumo de 𝑂2 ficando: 
𝑁𝑒𝑐𝑂2 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑝𝑖𝑐𝑜 = 1620 . 1,66 = 2690 𝑘𝑔𝑂2 /𝑑𝑖𝑎 
B) Cálculo da necessidade de ar 
Para determinar a quantidade de ar, é estabelecido que 1 kg de 𝑂2 equivale a 4,55 
kg de ar então: 
𝑁𝑒𝑐𝑎𝑟 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 4,55 . 2700 = 12285 𝑘𝑔𝑎𝑟 /𝑑𝑖𝑎 
C) Cálculo da potência para aeradores mecânicos 
𝑃𝑛𝑒𝑐𝑒𝑠 =
𝑁𝑒𝑐𝑂2 
𝑁
 
Para determinação do N: 
𝜆 = 0,85
[(0,95 .7,3) − 2] . 1,02(25−20)
9,17
= 0,51 
𝑁 = 1,5 . 0,51 = 0,77 𝑘𝑔 𝑂2 / 𝑐𝑣. ℎ 
𝑃𝑛𝑒𝑐𝑒𝑠 =
112,5
0,77
= 146,1 𝑐𝑣 
D) Cálculo da potência necessária para sopradores e compressores. 
Procedimento igual ao exercício anterior 
 𝜆 = 0,73
[(0,95 .7,3)−2] .1,02(25−20)
9,17
= 0,43 
𝑁 = 1,5 . 0,43 = 0,65 𝑘𝑔 𝑂2 / 𝑐𝑣. ℎ 
𝑃𝑛𝑒𝑐𝑒𝑠 =
112,5
0,65
= 173,1 𝑐𝑣 
E) Cálculo do número de aeradores mecânicos necessários para cada reator 
 
 
 
Assumindo dois aeradores de 20 cv tendo uma potência total de 29.402 W e um 
volume de 240m³, a densidade de potência é calculado por: 
 𝐷𝑃 =
𝑃𝑜𝑡ê𝑛𝑐𝑖𝑎
240 𝑚³
=
29402
240
= 122,6 𝑊/𝑚³ 
-Aeradores de eixo horizontal 
Foram desenvolvidos entre 1925 a 1930 pelo Dr. Kessener, esse aerador é aplicado 
principalmente em valos de oxidação, podem operar a uma velocidade de 70 a 100 
rpm, porém usualmente se utiliza 90 rpm,tem um diâmetro de 0,7m 
 
4. DECANTADORES SECUNDÁRIOS 
 
Retiram a biomassa do sistema após o lodo passar pelo tanque de aeração, 
onde as bactérias por terem à sua disposição alimento e oxigênio em abundância, se 
alimentam da matéria orgânica consumindo a DBO existente e aumenta 
consideravelmente a biomassa.. A sedimentação dos sólidos no decantador 
secundário é extremamente necessária para a eficiência global do sistema de lodos 
ativados. 
Em regiões de clima quente (temperaturas médias acima de 20ºC), os 
decantadores secundários possuem duas funções: separar os sólidos para permitir 
uma clarificação eficiente do efluente final e facilitar o adensamento do lodo, 
permitindo seu retorno ao tanque de aeração. 
 
 
Em regiões de clima frio, onde a nitrificação - que é a passagem do nitrogênio 
da forma amoniacal para nitrato - não ocorre em menor escala nos reatores, os 
decantadores secundários possuem uma terceira função: armazenar sólidos. 
 
5. TIPOS DE SEDIMENTAÇÃO 
 
Discreta – Ocorrena caixa de areia, onde as partículas sedimentam-se 
separadamente, ou seja, não se aglutinam. Dessa forma, são mantidas suas 
características físicas tais como forma, tamanho e densidade e, portanto, é mantida 
a velocidade de sedimentação constante. 
Floculenta – Ocorre em decantadores primários, onde as partículas 
aglomeram-se à medida que se sedimentam. As características são alteradas, com o 
aumento do tamanho (formação do floco) e em decorrência do aumento da densidade 
e da velocidade de sedimentação do floco formado. 
Zonal – Em decantadores secundários, líquidos com alta concentração de 
sólidos acabam formando um manto que sedimenta como uma massa única de 
partículas. Observa-se nítida interface de separação entre a fase sólida e a fase 
líquida. O nível da interface se move para baixo como resultado da sedimentação da 
manta de lodo. Neste caso, utiliza-se velocidade de movimentação da interface no 
dimensionamento dos decantadores. 
Zonal – No fundo de decantadores secundários, quando a concentração do 
sólido é mais elevada, a sedimentação ocorre também pela compressão da estrutura 
da partícula. Essa compressão ocorre devido ao próprio peso das partículas, que vão 
se acumulando paulatinamente, como resultado da sedimentação das partículas 
situadas no líquido acima delas. Com a compressão, parte da água é expulsa da 
matriz do floco, reduzindo seu volume. 
 
 
6. COLUNAS DE SEDIMENTAÇÃO 
 
As Colunas de sedimentação são usadas para realizar ensaios de suspensões 
do tipo discreta, onde as partículas decantam separadamente. Estes ensaios 
consistem em medições da concentração de sólidos totais ao longo do tempo em 
diversos pontos equidistantes da coluna. 
Dessa forma é possível determinar a velocidade de sedimentação e assim a 
eficiência de remoção em cada um dos pontos. Os cálculos para obtenção dessa 
eficiência se baseiam no princípio de que a diferença de concentração inicial e em um 
determinado instante “t” representa uma medida das partículas que conseguiram 
sedimentar, e é maior do que fazendo a razão entre o espaço e o tempo percorrido. 
Contudo, para concentrações maiores há uma tendência de formação de mantos que 
se sedimentam como uma massa única, ou como já dito anteriormente a 
sedimentação zonal. 
 
7. TEORIA DO FLUXO LIMITE 
 
Para explicar esse tipo de sedimentação foi então desenvolvida a teoria do 
fluxo limite, o qual ocorre fundamentalmente em decantadores secundários e 
adensadores de lodo por gravidade. Define-se o fluxo como sendo a carga de sólidos 
por unidade de área , dessa forma quando esses equipamentos operam em regime 
contínuo, os sólidos tendem a ir para o fundo devido a atuação de dois fluxos, o fluxo 
por gravidade e o fluxo pela retirada de fundo. 
𝐺𝑔 = 𝐶 ∗ 𝑉 
𝐺𝑢 = 𝐶 ∗ 𝑄𝑢/𝐴 
O fluxo total é dado pela soma dos dois fluxos. 
 
 
 
Representação de dois processos de sedimentação, o primeiro sem retirada e 
o segundo com a retirada de lodo pelo fundo. A velocidade de sedimentação é dada 
por: 
𝑣 = 𝑣0 ∗ 𝑒
(−𝐾𝐶) 
É interessante observar que a velocidade de sedimentação é função da própria 
concentração de sólidos, e que ela diminui conforme a concentração aumenta. Dessa 
forma podem ocorrer as seguintes situações: 
● Baixa concentração com velocidade elevada, 
● Concentração intermediária, onde o fluxo gravitacional se eleva 
● Concentração elevada onde o fluxo gravitacional tende a diminuir conforme o 
decorrer do tempo. 
 
 
 
A relação entre o fluxo e a concentração é representada nesse gráfico. Para 
esse caso temos a representação do fluxo limite (representado por GL) e seu valor é 
de 3. 
Dito isso, o fluxo limite é definido graficamente e pode ser entendido como o 
fluxo máximo que pode ser transportado. Já o fluxo aplicado é dado por essa equação: 
𝐺𝑎 = (𝑄0 + 𝑄𝑟) ∗ 𝑋/𝐴 
Que relaciona a vazão medida de afluente, a vazão de recirculação, a área do 
decantador e a concentração de sólidos totais e vem da otimização de projeto ou da 
operação. A comparação desses dois fluxos gera 4 diferentes situações: 
● Decantador com folga onde apenas uma camada diluída será formada, 
caracterizada pela baixa concentração de sólidos. 
● Decantador com carga crítica onde o fluxo aplicado é igual ao fluxo limite. 
● Decantado com sobrecarga no adensamento quando o fluxo aplicado é 
maior do que o fluxo limite 
● Decantador com sobrecarga no adensamento e na clarificação onde além 
do fluxo aplicado ser superior ao fluxo limite a taxa de aplicação hidráulica 
(Q0/A) é maior que a velocidade de sedimentação do lodo. 
 
 
Essa teoria do fluxo limite ajudou a desvendar vários problemas nos testes de 
sedimentação, contudo, por ser muito complexa, houve uma dificuldade de aplicá-la 
nos projetos dos decantadores secundários. 
Para isso desenvolveu-se um método simplificado, baseado na 
sedimentabilidade do lodo, classificada como índice volumétrico do lodo ou ILV. Esse 
índice relaciona a concentração, a altura inicial da interface e essa altura após 30 
minutos em uma coluna de sedimentação conforme a equação a seguir: 
𝐼𝑉𝐿 = (𝐻30 ∗ 10
6)/(𝐻0 ∗ 𝐶) 
Esse método é bastante simplificado, pois se mede a altura da interface a cada 
30 minutos. Dessa forma o IVL apresenta várias padronizações sendo elas, testes 
com ou sem agitação, com ou sem diluição, com ou sem fixação da concentração de 
sólidos suspensos (geralmente C = 3,5 kg/m³). O teste do IVL é feito em uma coluna 
de sedimentação igual à citada anteriormente. 
O dimensionamento dos decantadores secundários é sempre feito visando 
obter o mínimo de perda de sólidos no efluente final, evitar o sobrecarregamento tanto 
no adensamento quanto na clarificação, avaliar a sedimentabilidade e a taxa de 
escoamento superficial. 
● Para decantadores não sobrecarregados em termos de clarificação: 
𝑄0/𝐴 <= 𝑉0 ∗ 𝑒
(−𝐾𝐶) 
● Para decantadores não sobrecarregados em termos de adensamento: 
𝐺𝑎 <= 𝐺𝐿 
(𝑄0 + 𝑄𝑟) ∗ 𝑋/𝐴 <= 𝑚 ∗ (𝑄𝑟/𝐴)
𝑛 
O tipo de fluxo depende do formato dos decantadores, e podem ser 
classificados em retangulares de fluxo horizontal, quadrados de fluxo ascendente e 
circulares de fluxo ascendente. Nos tanques circulares mecanizados, os diâmetros 
podem variar de 3 a 60 metros e do ponto de vista operacional é recomendado que 
se tenha um maior número de unidades, facilitando a limpeza e manutenção. 
 
 
A tabela abaixo apresenta a classificação quanto a qualidade da sedimentação 
podendo ser péssima, ruim, média, boa ou ótima, mostrando os valores do IVL, da 
velocidade de sedimentação e do fluxo limite para cada situação. 
 
Na próxima tabela, temos os valores recomendados para a taxa de 
escoamento superficial, para o fluxo de sólidos aplicado por unidade de área e 
profundidade do decantador para cada tipo de reator utilizado. 
 
 Exemplo: 
Dimensionar o decantador secundário para um sistema de lodos ativados, 
cujos principais valores são: 
 
Xv = 2,272mg/L (concentração de voláteis no reator) 
C = 3,03 kg/m³ 
Q0=40,4 L/s = 145,4 m³/h 
 
A) Adoção da faixa de sedimentabilidade do lodo 
 
 
Admitindo-se que não se tenha mais informações sobre a sedimentabilidade do lodo, 
utilizar-se-á uma condição de sedimentabilidade intermediária entre média e ruim. 
interpolando os dados da tabela 9,23 temos: 
 
 v0= 7,4 m/h 
 K=0,59 m³/kg 
 m = 7,34 
 n=0,71 
 
 
B) Dimensionamento do decantador secundário 
Aplicando-se o 1° critério, decantadores não sobrecarregados em termos de 
clarificação: 
𝑄0/𝐴 <= 𝑉0 ∗ 𝑒
(−𝐾𝐶) 
145,4/𝐴 <= 7,4 ∗ 𝑒(−0,59∗3,03) 
𝐴 >= 117,4 𝑚² 
Adotando-se 4 unidades de decantação com 7 m de diâmetro cada, tem-se a área 
aproximada de 38,50 m² por unidade e um total de 154m², atentando-se ao primeiro 
critério. Com essa área, pode-se verificar o atendimento ao segundo critério, ou seja, 
que os decantadores não sejam sobrecarregados em termos de adensamento, no 
qualé necessário verificar a vazão de recirculação. A vazão de recirculação pode ser 
escrita como: 
𝑄𝑟 = 𝑅 ∗ 𝑄0 
Dessa forma: 
[(𝑄 + 𝑅 ∗ 𝑄0) ∗ 𝑋]/𝐴 <= 𝑚 ∗ (𝑅 ∗ 𝑄0/𝐴)
𝑛 
[(145,4 + 𝑅 ∗ 145,4) ∗ 3,03]/154 <= 7,34 ∗ (𝑅 ∗ 145,4/154)0,71 
 
 
Percebe-se que para (𝐺𝑎 <= 𝐺𝐿)o valor da razão de recirculação terá que ser 
R>=0,494, ou seja 𝑄𝑟 >= 71,83 𝑚³/ℎ. Isso resulta em um fluxo limite de sólidos no 
decantador de: 
𝐺𝐿 = 4,27 𝑘𝑔/𝑚² ∗ ℎ