Prova - Saneamento

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PHD2411 – Saneamento I 
P2-2007 
1ª Questão (2,0) 
Um sistema de lodos ativados com aeração prolongada opera nas seguintes condições: 
 Vazão média de esgotos: Q = 50 L/s; 
 Vazão de retorno de lodo: QR = 50 L/s; 
 Vazão de lodo descartado: QD = 860 m³/dia (lodo descartado pela linha de retorno de lodo do 
decantador secundário para o tanque de aeração); 
 DBO do esgoto à entrada do tanque de aeração: 300 mg/L; 
 Concentração de Sólidos Suspensos Totais no Tanque de Aeração: XT = 4 kg/m³; 
 Concentração de Sólidos Suspensos Voláteis no Tanque de Aeração: XV = 3 kg/m³; 
 Concentração de Sólidos Suspensos Voláteis na Linha de Retorno de Lodo: XR = 6 kg/m³; 
 Concentração de Sólidos Suspensos Voláteis no Esgoto Tratado: XE = 20 mg/L; 
 Volume Útil do Tanque de Aeração: V = 5.000 m³; 
 Área Superficial do Decantador Secundário: AS = 227 m². 
Dados: 
 Faixa típica de relação Alimento/Microrganismos: de 0,05 a 0,15 kgDBO/kgSSV·dia; 
 Faixa típica de idade de lodo para aeração prolongada: 20 a 30 dias; 
 Taxa de aplicação de sólidos suspensos no decantador secundário: até 6 kgSS/m²·hora; 
 Taxa de escoamento superficial do decantador secundário: até 24 m³/m²·dia. 
Pergunta-se: 
a) A relação Alimento/Microrganismos é adequada? (0,5) 
𝐴
𝑀
=
𝑄 ∙ 𝑆0
𝑉 ∙ 𝑋
=
50
𝐿
𝑠 ∙ 250 × 10
−6 𝑘𝑔 𝐷𝐵𝑂
𝐿 ∙ 24 × 60 × 60
𝑠
𝑑𝑖𝑎
5000 𝑚³ ∙ 3
𝑘𝑔 𝑆𝑆𝑉
𝑚³
= 0,0864
𝑘𝑔 𝐷𝐵𝑂
𝑘𝑔 𝑆𝑆𝑉 ∙ 𝑑𝑖𝑎
 
0,05
𝑘𝑔 𝐷𝐵𝑂
𝑘𝑔 𝑆𝑆𝑉 ∙ 𝑑𝑖𝑎
<
𝐴
𝑀
< 0,15
𝑘𝑔 𝐷𝐵𝑂
𝑘𝑔 𝑆𝑆𝑉 ∙ 𝑑𝑖𝑎
 → 𝑂𝐾! 
 
b) A vazão de descarte de lodo pode ser considerada correta? (1,0) 
𝜃𝐶 =
𝑉 ∙ 𝑋
𝑄𝐷 ∙ 𝑋𝑅 + (𝑄 − 𝑄𝐷) ∙ 𝑋𝐸
 
 
𝜃𝐶 =
5000 𝑚³ ∙ 3
𝑘𝑔
𝑚³
86
𝑚³
𝑑𝑖𝑎
∙ 6
𝑘𝑔
𝑚3
+ (50 × 10−3 × 24 × 60 × 60
𝑚³
𝑑𝑖𝑎
− 86
𝑚³
𝑑𝑖𝑎
) ∙ 20 ×
10−6𝑘𝑔
10−3𝑚3
 
 
∴ 𝜃𝐶 = 24,5 𝑑𝑖𝑎𝑠 
 
20 𝑑𝑖𝑎𝑠 < 𝜃𝐶 < 30 𝑑𝑖𝑎𝑠 → 𝑂𝐾! 
c) A área do decantador secundário é suficiente? (0,5) 
𝑞 =
𝑄
𝐴
=
100 × 10−3
𝑚³
𝑠
227 𝑚²
× 24 × 60 × 60 = 38,06
𝑚³
𝑚² ∙ 𝑑𝑖𝑎
> 24
𝑚³
𝑚² ∙ 𝑑𝑖𝑎
 → 𝑁ã𝑜 𝑂𝐾! 
2ª Questão (2,0) 
a) Apresentar um corte esquemático de um sistema constituído de reator UASB seguido de lagoa de 
polimento. Indicar profundidades usuais. (1,0) 
 
 
b) Explicar o funcionamento do reator UASB. (1,0) 
 
O UASB é um reator anaeróbio de fluxo ascendente, o afluente entra pela parte inferior do 
reator e sai pelas canaletas de coleta do efluente localizadas na parte superior, deixando lodo na parte 
inferior, e por isso, a distribuição dos esgotos à entrada do reator é fundamental para garantir um 
funcionamento integral da zona de manto de lodo, sem escoamentos preferenciais ou curtos‐circuitos 
que podem reduzir o tempo de detenção e o contato dos esgotos com o lodo ativo. Na parte superior 
do reator há uma coifa de coleta dos gases resultantes da digestão anaeróbica. A parte externa à coifa 
funciona como decantador, permitindo a recuperação de grânulos escapados da zona de manto de 
lodo. Com um tempo de detenção média de 8 horas o reator é capaz de remover 65% da DBO do 
efluente. 
As vantagens do UASB em relação ao tratamento com lodos ativados estão na redução do 
espaço necessário para implantação do reator, coleta de biogás e pelo reator ser mais eficiente para 
efluentes mais concentrados. Dentre as desvantagens, como são empregados logo a jusante do 
tratamento preliminar, o torna desprotegido das variações de vazão, sendo assim necessário projetá‐
lo para atender a condição mais desfavorável, o seu alto custo de implantação, necessidade de 
verificações diárias de pH e temperatura. 
*O UASB é menos eficiente para efluentes mais diluídos, tais como os efluentes sanitários. 
OBS: Vale a pena conferir esta animação: http://www.finep.gov.br/prosab/UASB.swf 
3ª Questão (2,0) 
Com relação a um sistema australiano de lagoas de estabilização: 
a) Determinar a área da lagoa facultativa para as seguintes condições (1,0): 
 População atendida: 10.000 habitantes; 
 Contribuição per capita de DBO: 54 g/hab·dia; 
 Eficiência da lagoa anaeróbia na remoção de DBO: 50%; 
 Taxa de aplicação superficial de DBO recomendada: 200 kgDBO/ha·dia. 
 
(1 − 0,50) ∙
54 × 10−3
𝑘𝑔 𝐷𝐵𝑂
ℎ𝑎𝑏 ∙ 𝑑𝑖𝑎
∙ 10000 ℎ𝑎𝑏
𝐴𝑠𝑢𝑝
= 200
𝑘𝑔 𝐷𝐵𝑂
ℎ𝑎 ∙ 𝑑𝑖𝑎
 → 𝐴𝑠𝑢𝑝 = 1,35 ℎ𝑎 = 13500 𝑚² 
 
b) Apresentar aspectos positivos e negativos da utilização deste sistema de tratamento. (1,0) 
(Página 76 da apostila) 
 
Vantagens: 
 Maior eficiência na remoção de DBO; 
 Maior eficiência na remoção de coliformes; 
 
Desvantagens: 
 Mau odor; 
 Maior área; 
 Maior concentração de algas no efluente final. 
 
4ª Questão (2,0) 
Com relação a um sistema de lagoas aeradas mecanicamente seguidas de lagoas de decantação, pede-
se: 
a) Determinar o volume necessário de lagoas aeradas e a potência total de aeração a ser instalada, para 
as seguintes condições (1,0): 
 População atendida: 50.000 habitantes; 
 Contribuição per capita de DBO: 54 g/hab·dia; 
 Vazão per capita de esgoto: 160 L/hab·dia; 
 Tempo de detenção hidráulica recomendado: 3,0 dias; 
 Necessidade de oxigênio: 1,3 kg O2 / kg DBO aplicada; 
 Densidade de potência mínima a ser instalada nas lagoas: 4 W/m³; 
 Capacidade de transferência de oxigênio dos aeradores em campo: 0,6 kg O2 /cv·h; 
 1 cv = 745 W. 
http://www.finep.gov.br/prosab/UASB.swf
Volume necessário: 𝑉 = 50000 ℎ𝑎𝑏 ∙ 160
𝐿
ℎ𝑎𝑏∙𝑑𝑖𝑎
∙ 3,0 𝑑𝑖𝑎 = 24000000 𝐿 = 24000 𝑚3 
Contribuição DBO: 𝐶 = 50000 ℎ𝑎𝑏 ∙ 54
10−3𝑘𝑔 𝐷𝐵𝑂
ℎ𝑎𝑏∙𝑑𝑖𝑎
= 2700
𝑘𝑔 𝐷𝐵𝑂
𝑑𝑖𝑎
 
Necessidade de O2: 𝑁𝑂2 = 1,3
𝑘𝑔 𝑂2
𝑘𝑔 𝐷𝐵𝑂
∙ 2700
𝑘𝑔 𝐷𝐵𝑂
𝑑𝑖𝑎
= 3510
𝑘𝑔 𝑂2
𝑑𝑖𝑎
 
Potência necessária: 𝑃 =
3510
𝑘𝑔 𝑂2
𝑑𝑖𝑎
0,6×24
𝑘𝑔 𝑂2
𝑐𝑣∙𝑑𝑖𝑎
= 243,75 𝑐𝑣 = 181,6 𝑘𝑊 
b) Apontar uma vantagem e uma desvantagem da aplicação de lagoas aeradas em relação ao uso do 
processo de lodo ativado. (1,0) 
Vantagem: Consumo de energia elétrica menor; 
Desvantagem: Maiores áreas. 
 
5ª Questão (2,0) 
a) Determinar o volume útil mínimo de um digestor anaeróbio de lodo projetado para trabalhar com 
baixa taxa, tratando excesso de lodo ativado sob a carga de sólidos suspensos totais de 1.500 
kgSST/dia (lodo com SSV/SST = 0,75). Deverá resultar em um tempo de detenção hidráulica superior a 
30 dias e taxa de aplicação de sólidos em suspensão voláteis inferior a 1,2 kgSSV/m³·dia. O lodo 
apresenta um teor de sólidos de 4% e massa específica 1030 kg/m³ (1,0); 
 
Volume necessário de digestores: 
𝑉𝐷𝐴,𝑚í𝑛 =
1500
𝑘𝑔 𝑆𝑆𝑇
𝑑𝑖𝑎
∙ 0,75
𝑘𝑔 𝑆𝑆𝑉
𝑘𝑔 𝑆𝑆𝑇
1,2
𝑘𝑔 𝑆𝑆𝑉
𝑚³ ∙ 𝑑𝑖𝑎
= 937,5 𝑚³ 
 
Para atender o tempo de detenção hidráulica mínimo de 30 dias, tem-se: 
𝑉𝐷𝐴,𝑚í𝑛 = 𝜃𝑑 ∙ 𝑄𝐷 = 30 𝑑𝑖𝑎 ∙ 54,7
𝑚³
𝑑𝑖𝑎
 
OBS: QD não foi dado, mas foi adotado o valor da apostila (pág. 122). 
 
b) Como a capacidade deste digestor anaeróbio poderia ser aumentada sem aumento do volume útil? 
(1,0) 
Embora nas águas naturais, em geral, a capacidade de tamponação seja devida principalmente 
à presença de sais de ácidos carbônicos, em águas residuárias outros sistemas de ácidos/bases fracos 
também podem estar presentes, aumentando a capacidade de tamponação. Por exemplo, em águas 
poluídas anaeróbias, sais de ácidos fracos tais com acético, propiônico e hidrossulfúrico, podem ser 
produzidos e também contribuiriam para a alcalinidade. Em outros casos, amônia ou hidróxidos devem 
fazer uma contribuição à alcalinidade total da água. Para essas águas, deve-se diferenciar da 
alcalinidade de bicarbonato por ser esta última, mais quantitativamente significativa para o grau de 
tamponamento.