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PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE GOIÁS DIANDRA FERREIRA PROJETO DE DIMENSIONAMENTO DE ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DE ÁGUAS RESIDUÁRIAS Goiânia-GO 2016 Diandra Ferreira PROJETO DE DIMENSIONAMENTO DE ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DE ÁGUAS RESIDUÁRIAS Projeto elaborado para a disciplina de Tratamento de Resíduos Líquidos II, que irá compor a nota de N2, nas dependências da Pontifícia Universidade Católica de Goiás em Goiânia-GO sob orientação do Profº Me. Osmar Mendes Ferreira. Goiânia-GO 2016 MEMORIAL DE CÁLCULO 1 TANQUE DE EQUALIZAÇÃO Para o projeto da ETDI foi adotado os seguintes dados para o dimensionamento do tanque de equalização: Vazão de projeto: 320 m³/dia Regime de trabalho (2 turnos), trabalhando 16:00 h/dia Vazão média de águas residuárias: 20 m³/h Vazão máxima de águas residuárias: 32 m³/h Período de funcionamento até a decantação primária: 16,00 h/dia; demais unidades: 24,00 h/dia. a) Volume do tanque de equalização 𝑉𝑡 = 𝑉𝑒𝑞 + 𝑉𝑚𝑖𝑛 Onde: Vt = volume total do tanque de equalização (m³) Veq = Volume de equalização (m³) Vmin = Volume para garantia do funcionamento dos equipamentos Temos: 𝑉𝑡 = 𝑉𝑒𝑞 + 𝑉𝑚𝑖𝑛 𝑉𝑡 = 192 + 57,60 𝑽𝒕 = 𝟐𝟒𝟗, 𝟔 𝒎³ b) Volume de equalização 𝑉𝑒𝑞 = (𝑄𝑒 − 𝑄𝑠). 𝑡 Onde: Qe = Vazão máxima de entrada (m³/h) Qs = Vazão media (vazão regularizada) (m³/h) t = Horas de funcionamento da atividade geradora de efluente (h/dia) Temos: 𝑉𝑒𝑞 = (32 − 20). 16 𝑽𝒆𝒒 = 𝟏𝟗𝟐 𝒎³ c) Vazão de saída 𝑸𝒔 = 𝑸𝒎é𝒅𝒊𝒂 𝒙 𝒕 𝑻 Onde: Qmédia = Vazão media (m³/h) T = Período de funcionamento (h/dia) t = T (h/dia) Temos: 𝑄𝑠 = 20 𝑥 16 16 𝑸𝒔 = 𝟐𝟎 𝒎𝟑/𝒉 d) Verificação do tempo de detenção hidráulica (TDH) 𝑇𝐷𝐻 = 𝑉 𝑄 𝑚é𝑑𝑖𝑎 Onde: TDH = Tempo de detenção hidráulica (h) V = Volume de equalização (m³/h) Temos: 𝑇𝐷𝐻 = 192 20 𝑻𝑫𝑯 = 𝟗, 𝟔 𝒉 e) Dimensões 𝐴 = 𝑉 𝐻𝑢 Dados: A = Área (m²) V = Volume de equalização (m³) Hu= Profundidade útil (m) Temos: 𝐴 = 192 2,5 𝑨 = 𝟕𝟔, 𝟖 𝒎² L- Comprimento do tanque de equalização 𝐿 = √𝐴 𝐿 = √76,8 𝑳 = 𝟖, 𝟕𝟔 𝒎 B – Largura do tanque de equalização 𝐵 = 𝐿 𝑩 = 𝟖, 𝟕𝟔 𝒎 f) Vc eq - Volume corrigido de equalização 𝑉𝑐 𝑒𝑞 = 𝐿 ∗ 𝐵 ∗ 𝐻𝑢 𝑉𝑐 𝑒𝑞 = 8,76 ∗ 8,76 ∗ 2,5 𝑽𝒄 𝒆𝒒 = 𝟏𝟗𝟐, 𝟎 𝒎³ g) Volume mínimo 𝑉 𝑚í𝑛 = 𝑉𝑐 𝑒𝑞 ∗ 30 % 𝑉 𝑚í𝑛 = 192,0 ∗ 0,3 𝑽 𝒎í𝒏 = 𝟓𝟕, 𝟔𝟎 𝒎³ Profundidade útil do volume mínimo 𝐻𝑢 − 𝑉 𝑚í𝑛 = 𝑉 𝑚í𝑛 (𝐿 ∗ 𝑏) 𝐻𝑢 − 𝑉 𝑚í𝑛 = 57,60 (8,76 ∗ 8,76) 𝑯𝒖 − 𝑽 𝒎í𝒏 = 𝟎, 𝟕𝟓 𝒎 Por incerteza e segurança, adotar Hu= 1,0 m para o V mínimo 𝑯𝒖 − 𝑽 𝒎í𝒏 = 𝟏, 𝟎 𝒎 h) Volume total do Tanque de Equalização 𝑉𝑡 = 𝑉𝑐 𝑒𝑞 + (𝐿 ∗ 𝐵) 𝑉𝑡 = 192 + (8,76 ∗ 8,76) 𝑽𝒕 = 𝟐𝟔𝟖, 𝟖𝟎 𝒎³ i) Equipamento de mistura – Potência do misturador 𝑃 = 𝑉𝑡 ∗ 𝐷𝑃 Onde: Vt – Volume total do tanque de equalização (m³) DP – Densidade de Potência (w/m³), adotado 7 w/m³ Temos: 𝑃 = 268,80 ∗ 7 𝑷 = 𝟏. 𝟖𝟖𝟏, 𝟔 𝒘 Potência do misturador em CV: 𝑃 (𝐶𝑉) = 𝑃 (𝑤) 735 𝑃 = 1.881,6 735 𝑷 = 𝟐, 𝟓𝟔 𝑪𝑽 Potência adotada superior: 3 CV j) Regularização de vazão 𝑄 𝑠𝑎í𝑑𝑎 = 𝑄𝑠 ( 𝑚3 ℎ ) 3600 𝑄 𝑠𝑎í𝑑𝑎 = 20 3600 𝑸 𝒔𝒂í𝒅𝒂 = 𝟓, 𝟓𝟓 𝒙 𝟏𝟎−𝟑 𝒎𝟑/𝒔 A NBR 12.209/2011 recomenda acrescentar mais 50% na vazão para dimensionar o conjunto motor-bomba. 𝑄𝑝𝑟𝑜𝑗 = 𝑄𝑠𝑎í𝑑𝑎 ∗ 1,5 𝑄𝑝𝑟𝑜𝑗 = 5,55𝑥10−3 ∗ 1,5 𝑸𝒑𝒓𝒐𝒋 = 𝟖, 𝟑𝟐𝟓𝒙 𝟏𝟎−𝟑 𝒎𝟑/𝒔 k) Diâmetro da tubulação 𝐷 = 1,2 ∗ √𝑄 ∗ √𝑥 4 Onde: Q – Vazão de projeto (m³/s) X – Período de operação 𝒙 = 𝟏𝟔 𝒉/𝒅 𝟐𝟒𝒉/𝒅 𝒙 = 𝟎, 𝟔𝟕 𝐷 = 1,2 ∗ √8,325𝑥10−3 ∗ √0,67 4 𝑫 = 𝟎, 𝟏 𝒎 𝑫 = 𝟏𝟎𝟎 𝒎𝒎 l) Peças e Conexões 6 curvas de raio longo 90° → 6 * 1,6 = 9,6 m 2 tês de saída de lado → 2 * 8,3 = 16,6 m 1 válvula de retenção leve → 1 * 10,4 = 10,4 m 2 registros de gaveta → 2 * 1 = 2 m Comprimento da tubulação → 26 m Somatório total → 64,6 m m) Perda de carga 𝐽 = √ 𝑄 (𝑚3/𝑠) 0,27851 ∗ 𝐶 ∗ 𝐷2,63 0,51 Onde: Q – Vazão de projeto C – Coeficiente de PVC = 140 D – Diâmetro da tubulação (m) 𝐽 = √ 8,325𝑥 10−3 0,27851 ∗ 140 ∗ 0,12,63 0,51 𝑱 = 𝟎, 𝟎𝟎𝟗𝟏 𝒎/𝒎 n) Altura das perdas de carga nas conexões e tubulações 𝐻𝑝 = 𝐽 ∗ 𝑆𝑜𝑚𝑎𝑡ó𝑟𝑖𝑜 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑑𝑎 𝑡𝑢𝑏𝑢𝑙𝑎çã𝑜 𝐻𝑝 = 0,0091 𝑚/𝑚 ∗ 64,6 𝑚 𝑯𝒑 = 𝟎, 𝟓𝟖 𝒎 o) Altura geométrica 𝐻𝑔 = 𝐻𝑢 + 𝐻𝑡𝑎𝑙𝑢𝑑𝑒 + 𝐻𝑢 𝑣𝑜𝑙 𝑚í𝑛𝑖𝑚𝑜 + 𝐻𝑡𝑎𝑛𝑞𝑢𝑒 𝐻𝑔 = 2,5 + 0,8 + 1,0 + 3,0 𝑯𝒈 = 𝟕, 𝟑 𝒎 p) Altura manométrica 𝐻𝑚 = 𝐻𝑔 + 𝐻𝑝 𝐻𝑚 = 7,3 + 0,58 𝑯𝒎 = 𝟕, 𝟖𝟖 𝒎 q) Verificação da Potência 𝑃 = 𝑄 (𝑚³/𝑠) ∗ ɣ (𝑘𝑔/𝑚3) ∗ 𝐻𝑚 (𝑚𝑐𝑎) 75 ∗ ɳ Onde: ɳ - Coeficiente de rendimento = Adotado 0,6 ɣ - Densidade = Adotado 1040 kg/m³ 𝑃 = 8,325𝑥 10−3 ∗ 1040 ∗ 7,88 75 ∗ 0,6 𝑷 = 𝟏, 𝟓𝟏 𝒄𝒗 𝑷 = 𝟏. 𝟏𝟏𝟔, 𝟕𝟓 𝒘 2 TRATAMENTO FÍSICO-QUÍMICO A coagulação e a floculação desempenham um papel dominante na cadeia de processos de tratamento de água, principalmente na preparação da decantação ou da flotação. O sucesso dos outros processos depende, portanto, de uma coagulação bem sucedida (RICHTER, 2009). Dados para o dimensionamento do tratamento físico-químico: Melhor dosagem de coagulante – solução a 10% = 160 mg/L Melhor dosagem de polímero – solução a 0,5% = 10 mg/L Vazão média = 20 m³/h 2.1 COAGULANTE a) Consumo de produto 𝑄𝑑𝑖á𝑟𝑖𝑎 = 𝑄 𝑚é𝑑𝑖𝑎 (𝑚³/ℎ) ∗ 𝑃𝑒𝑟í𝑜𝑑𝑜 𝑑𝑒 𝑜𝑝𝑒𝑟𝑎çã𝑜 (ℎ/𝑑) 𝑄𝑑𝑖á𝑟𝑖𝑎 = 20 ∗ 16 𝑸𝒅𝒊á𝒓𝒊𝒂 = 𝟑𝟐𝟎 𝒎³/𝒅𝒊𝒂 𝐶 = 𝑄𝑑𝑖á𝑟𝑖𝑎 (𝑙/𝑑𝑖𝑎) ∗ 𝑀𝑒𝑙ℎ𝑜𝑟 𝑑𝑜𝑠𝑎𝑔𝑒𝑚 𝑐𝑜𝑎𝑔𝑢𝑙𝑎𝑛𝑡𝑒 (𝑚𝑔/𝐿) ∗ 10−6 𝐶 = 320000 ∗ 160 ∗ 10−6 𝑪 = 𝟓𝟏, 𝟐 𝒌𝒈/𝒅𝒊𝒂 b) Volume da solução para operar diariamente o tratamento físico-químico Concentração da solução = 10% Impureza do produto = 10% 𝑉 = 𝑄 (𝑚³/ℎ) ∗ 𝑑 (𝑚𝑔/𝐿) ∗ 𝑡 (ℎ/𝑑𝑖𝑎) 10 ∗ 𝐶 (%) 𝑉 = 20 ∗ 160 ∗ 16 10 ∗ 10 𝑽 = 𝟓𝟏𝟐 𝒍/𝒅𝒊𝒂 c) Vazão de dosagem 𝑄 = 𝑉𝑜𝑙 (𝑙/𝑑𝑖𝑎) 𝑡 𝑜𝑝 (ℎ/𝑑𝑖𝑎) 𝑄 = 512 16 𝑸 = 𝟑𝟐 𝑳/𝒉 d) Conferir resultado 𝑚 = 𝑉 (𝑙) ∗ 𝑐 (%) 100 − 𝑖 Onde: i – Impureza do produto = 10% 𝑚 = 512 ∗ 10 100 − 10 𝒎 = 𝟓𝟔, 𝟖𝟖 𝒌𝒈/𝒅𝒊𝒂 2.2POLÍMERO e) Consumo de produto 𝐶 = 𝑄𝑑𝑖á𝑟𝑖𝑎 (𝑙/𝑑𝑖𝑎) ∗ 𝑀𝑒𝑙ℎ𝑜𝑟 𝑑𝑜𝑠𝑎𝑔𝑒𝑚 𝑝𝑜𝑙í𝑚𝑒𝑟𝑜 (𝑚𝑔/𝐿) ∗ 10−6 𝐶 = 320000 ∗ 10 ∗ 10−6 𝑪 = 𝟑, 𝟐 𝒌𝒈/𝒅𝒊𝒂 f) Consumo mensal de Polímero 𝐶𝑀𝑃 = 𝐶 ∗ 22 𝑑𝑖𝑎𝑠 𝐶𝑀𝑃 = 3,2 ∗ 22 𝑪𝑴𝑷 = 𝟕𝟎, 𝟒 𝒌𝒈/𝒎ê𝒔 g) Volume da solução 𝑉 = 𝑄 (𝑚³/ℎ) ∗ 𝑑 (𝑚𝑔/𝐿) ∗ 𝑡 (ℎ/𝑑𝑖𝑎) 10 ∗ 𝐶 (%) 𝑉 = 20 (𝑚³/ℎ) ∗ 10 (𝑚𝑔/𝐿) ∗ 16 (ℎ/𝑑𝑖𝑎) 10 ∗ 0,5(%) 𝑽 = 𝟔𝟒𝟎 𝒍/𝒅𝒊𝒂 h) Vazão de dosagem 𝑄 = 𝑉𝑜𝑙 (𝑙/𝑑𝑖𝑎) 𝑡 𝑜𝑝 (ℎ/𝑑𝑖𝑎) 𝑄 = 640 16 𝑸 = 𝟒𝟎 𝑳/𝒉 d) Conferir resultado 𝑚 = 𝑉 (𝑙) ∗ 𝑐 (%) 100 − 𝑖 Onde: i – Impureza do produto = 10% 𝑚 = 640 ∗ 0,5 100 − 10 𝒎 = 𝟑, 𝟓 𝒌𝒈/𝒅𝒊𝒂 2.3 TANQUE DE MISTURA RÁPIDA - COAGULAÇÃO e) Volume do tanque 𝑉𝑜𝑙 = 𝑄 ∗ 𝑇 𝑉𝑜𝑙 = 20 𝑚³/ℎ ∗ 1,0 𝑚𝑖𝑛 60 𝑚𝑖𝑛/ℎ 𝑽𝒐𝒍 = 𝟎, 𝟑𝟑 𝒎³ f) Potência do agitador 𝑃 = µ (𝑘𝑔. 𝑓. 𝑠²/𝑚²) ∗ 𝐺𝑟²(𝑠−1) ∗ 𝑉(𝑚³) 76 𝑃 = 1,029𝑥10−4 ∗ (1040)² ∗ 0,33 76 𝑷 = 𝟎, 𝟒𝟖 𝒄𝒗 𝑷 = 𝟑𝟓𝟗, 𝟐𝟕 𝒘 g) Área do tanque de mistura rápida 𝐴 = 𝑉 (𝑚³) 𝐻𝑢 (𝑚) 𝐴 = 0,33 0,8 𝑨 = 𝟎, 𝟒𝟏 𝒎² 𝐵 = √𝐴 𝐵 = √0,41 𝐵 = 0,64 𝑚 𝐿 = 𝐵 𝑳 = 𝟎, 𝟔𝟒 𝒎 2.4 TANQUE DE MISTURA LENTA - FLOCULAÇÃO h) Volume do tanque 𝑉𝑜𝑙 = 𝑄 ∗ 𝑇 𝑉𝑜𝑙 = 20 𝑚³/ℎ ∗ 10,0 𝑚𝑖𝑛 60 𝑚𝑖𝑛/ℎ 𝑽𝒐𝒍 = 𝟑, 𝟑𝟑 𝒎³ i) Potência do agitador 𝑃 = µ (𝑘𝑔. 𝑓. 𝑠²/𝑚²) ∗ 𝐺𝑟²(𝑠−1) ∗ 𝑉(𝑚³) 76 𝑃 = 1,029𝑥10−4 ∗ (60)² ∗ 3,33 76 𝑃 = 0,016 𝑐𝑣 𝑷 = 𝟏𝟏, 𝟗𝟓 𝒘 j) Área do tanque de mistura rápida 𝐴 = 𝑉 (𝑚³) 𝐻𝑢 (𝑚) 𝐴 = 3,33 0,8 𝑨 = 𝟒, 𝟏𝟔 𝒎² 𝐵 = √𝐴 𝐵 = √4,16 𝑩 = 𝟐, 𝟎𝟒 𝒎 𝐿 = 𝐵 𝑳 = 𝟐, 𝟎𝟒 𝒎 2.5 TRATAMENTO ADITIVO O nitrogênio e o fósforo são elementos essenciais ao crescimento dos microorganismos responsáveis pela degradação da matéria orgânica através de suas atividades metabólicas. DBO = 1.250 mg/L Nt = 120 mg/L Pt = 30 mg/L a) Consumo de Nitrogênio 𝑁 = 100 ∶ 5 1250 ∶ 𝑥 𝒙 = 𝟔𝟐, 𝟓 𝒎𝒈/𝑳 Nitrogênio disponível no despejo = 120 mg/L Não necessita adição de nitrogênio pois sobra 57,5 mg/L b) Consumo de Fósforo 𝑃 = 100 ∶ 1 1250 ∶ 𝑥 𝒙 = 𝟏𝟐, 𝟓 𝒎𝒈/𝑳 Fósforo disponível no despejo = 30 mg/L Não necessita adição de fósforo pois sobra 17,5 mg/L 3 DECANTADOR PRIMÁRIO (DORTMUND) Dados para dimensionamento: DBO efluente bruto = 1.250 mg/L. Eficiência do tratamento preliminar e físico-químico primário com decantação primária = 55 %. Concentração de sólidos suspensos no efluente = 420 mg/L a) Área do decantador Carga hidráulica adotada = 32 m³/m²dia 𝐴𝐷 = 𝑄(𝑚³) 𝐶𝐻(𝑚³/𝑚²𝑑𝑖𝑎) 𝐴𝐷 = 320 32 𝑨𝑫 = 𝟏𝟎 𝒎² b) Diâmetro do decantador Diâmetro ≤ 7 ; Diâmetro adotado 4 m 𝐷 = √ 𝐴 ∗ 4 𝜋 𝐷 = √ 10 ∗ 4 𝜋 𝑫 = 𝟑, 𝟓𝟔 𝒎 c) Área corrigida 𝐴 = 𝜋 ∗ (𝑅)² 𝐴 = 3,1416 ∗ 1,78² 𝐴 = 9,95 𝑚² 𝑨 = 𝟏𝟎 𝒎² d) Volume do decantador Hu adotado 2,5 m 𝑉𝑜𝑙 = 𝐴𝑐𝑜𝑟𝑟𝑖𝑔𝑖𝑑𝑎 (𝑚²) ∗ 𝐻𝑢 (𝑚) 𝑉𝑜𝑙 = 10 ∗ 2,5 𝑽𝒐𝒍 = 𝟐𝟓 𝒎³ e) Tempo de detenção hidráulica 𝑇𝐷𝐻 = 𝑉𝑜𝑙 (𝑚3) 𝑄 (𝑚3ℎ) 𝑇𝐷𝐻 = 25 20 𝑻𝑫𝑯 = 𝟏, 𝟐𝟓 𝒉 O tempo de detenção hidráulica tem que ser maior que 1 hora f) Diâmetro interno da cortina defletora d Δ (15 a 20)%; adotado d= 15% 𝑟 = 0,15 ∗ 𝐷 2 𝑟 = 0,15 ∗ 3,56 2 𝒓 = 𝟎, 𝟐𝟔 𝒎 f) h ℎ = 𝑅 𝑡𝑔30 ℎ = 1,78 𝑡𝑔30 𝒉 = 𝟑, 𝟎𝟗 𝒎 g) h’ ℎ′ = 𝑟 𝑡𝑔30 ℎ′ = 0,26 𝑡𝑔30 𝒉′ = 𝟎, 𝟒𝟔 𝒎 h) Altura da cortina defletora Δ(1,0 a 1,5)m; adotado 1,25 m 3.1 DETALHES DO EQUIPAMENTO a) Comprimento da calha 𝐶𝑐 = 8 ∗ 𝑅 (𝑚) ∗ 𝑠𝑒𝑛 45° 𝐶𝑐 = 8 ∗ 1,78 ∗ 𝑠𝑒𝑛 45° 𝑪𝒄 = 𝟏𝟎, 𝟎𝟗 𝒎 b) Comprimento útil da calha 𝐶𝑢𝑐 = 2 ∗ 𝐶𝑐 𝐶𝑢𝑐 = 2 ∗ 10,09 𝑚 𝑪𝒖𝒄 = 𝟐𝟎, 𝟏𝟖 𝒎 c) Taxa de Escoamento de Saída 𝑇𝐸𝑆 = 𝑄 (𝑚³/𝑑𝑖𝑎) 𝐶𝑢𝑐 (𝑚) 𝑇𝐸𝑆 = 320 20,18 𝑻𝑬𝑺 = 𝟏𝟓, 𝟖𝟓 𝒎³/𝒎. 𝒅𝒊𝒂 d) Vazão de saída em um vertedouro 𝑄 = 𝑄(𝑚³/𝑑𝑖𝑎) 86,4 𝑄 = 320 86,4 𝑸 = 𝟑, 𝟕𝟎 𝒍/𝒅𝒊𝒂 e) Número de vertedouros 𝑁𝑉 = 5 𝑣𝑒𝑟𝑡𝑒𝑑𝑜𝑢𝑟𝑜𝑠/𝑚 . 𝐶𝑢𝑐 𝑁𝑉 = 5 𝑣𝑒𝑟𝑡𝑒𝑑𝑜𝑢𝑟𝑜/𝑚 . 20,18 𝑚 𝑵𝑽 = 𝟏𝟎𝟎, 𝟗 𝒗𝒆𝒓𝒕𝒆𝒅𝒐𝒖𝒓𝒐𝒔 𝑵𝑽 ≅ 𝟏𝟏𝟏 𝒗𝒆𝒓𝒕𝒆𝒅𝒐𝒖𝒓𝒐𝒔 f) Vazão por vertedouro 𝑄 𝑉𝑒𝑟𝑡 = 𝑄𝑣𝑒𝑟𝑡 𝑁𝑉 𝑄 𝑉𝑒𝑟𝑡 = 3,7 𝐿/𝑑 111 𝑸 𝑽𝒆𝒓𝒕 = 𝟎, 𝟎𝟑𝟑 𝑳/𝒔 𝒗𝒆𝒓𝒕 g) Vazão de saída dos vertedouros por metro 𝑄𝑠𝑎í𝑑𝑎 𝑣𝑒𝑟𝑡𝑒𝑑𝑜𝑢𝑟𝑜𝑠 = (5𝑣𝑒𝑟𝑡/𝑚) . (𝑄/𝑣𝑒𝑟𝑡) 𝑄𝑠𝑎í𝑑𝑎 𝑣𝑒𝑟𝑡𝑒𝑑𝑜𝑢𝑟𝑜𝑠 = 5𝑣𝑒𝑟𝑡/𝑚 . 0,033 𝑸𝒔𝒂í𝒅𝒂 𝒗𝒆𝒓𝒕𝒆𝒅𝒐𝒖𝒓𝒐𝒔 = 𝟎, 𝟏𝟔𝟓 𝒍/𝒔. 𝒎 h) Verificação da altura da lâmina d’água (H) no vertedouro Vertedouro Thompson 𝑄 = 1,4 . (𝐻)2,5 𝐻 = √ 𝑄 1,4 2,5 𝐻 = √ 0,000033 1,4 2,5 𝑯 = 𝟎, 𝟎𝟏𝟒𝟎 𝒎 𝑯 = 𝟏, 𝟒𝟎 𝒄𝒎 i) Eficiência na remoção da carga orgânica no decantador primária Carga orgânica inicial 𝐶𝑂 = 𝐷𝐵𝑂 (𝑚𝑔/𝐿) . 𝑄𝑝𝑟𝑜𝑗 (𝑚³/𝑑𝑖𝑎) 1000 𝐶𝑂 = 1.250 𝑚𝑔/𝐿 . 320 𝑚³/𝑑𝑖𝑎 1000 𝑪𝑶 = 𝟒𝟎𝟎 𝒌𝒈/𝒅𝒊𝒂 Eficiência do tratamento = 55% 𝐶𝑂𝑓 = 𝐶𝑂 𝑘𝑔/𝑑𝑖𝑎 . 0,55 𝐶𝑂𝑓 = 400 . 0,55 𝑪𝑶𝒇 = 𝟐𝟐𝟎 𝒌𝒈/𝒅𝒊𝒂 j) Eficiência na remoção de sólidos no decantador primário Concentração de sólidos suspensos (CSS) no efluente = 420 mg/L Eficiência de 60% 𝑆𝑅 = 𝐶𝑆𝑆 𝑚𝑔/𝐿 . 0,60 𝑆𝑅 = 420 𝑚𝑔/𝐿 . 0,60 𝑺𝑹 = 𝟐𝟓𝟐 𝒎𝒈/𝑳 k) Produção de lodo primário 𝑃𝐿 = 𝑄(𝑚³/𝑑) . 𝑆𝑅(𝑚𝑔/𝐿) 1000 𝑃𝐿 = 320 . 252 1000 𝑷𝑳 = 𝟖𝟎, 𝟔𝟒 𝒌𝒈 𝑺𝑺/𝒅𝒊𝒂 l) Volume de lodo descartado ɣ - Peso específico do lodo = Adotado 1.020 kg/m³ CLD – Quantidade de sólido contido no lodo = Adotado 4% 𝑉𝐿𝐷 = 𝑃𝐿 (𝑘𝑔𝑆𝑆/𝑑𝑖𝑎) ɣ(𝑘𝑔/𝑚³) . 𝐶𝐿𝐷 (%) 𝑉𝐿𝐷 = 80,64 1020 . 0,04 𝑽𝑳𝑫 = 𝟏. 𝟗𝟕 𝒎³/𝒅𝒊𝒂 4 TANQUE DE AERAÇÃO – REATOR BIOLÓGICO a) DBO remanescente 𝐷𝐵𝑂𝑟𝑒𝑚 = 𝐷𝐵𝑂𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 . 0,55 𝐷𝐵𝑂𝑟𝑒𝑚 = 1.250 . 0,55 𝑫𝑩𝑶𝒓𝒆𝒎 = 𝟔𝟖𝟕, 𝟓 𝒎𝒈/𝑳 b) Carga orgânica para tratamento biológico 𝐶𝑂 = 𝑄𝑝𝑟𝑜𝑗 (𝑚³/𝑑) . 𝐷𝐵𝑂𝑟𝑒𝑚 (𝑚𝑔/𝐿) 1000 𝐶𝑂 = 320 . 687,5 1000 𝑪𝑶 = 𝟐𝟐𝟎 𝒌𝒈𝑫𝑩𝑶/𝒅𝒊𝒂 c) Volume do tanque de aeração XV – Sólidos suspensos voláteis = Adotado 2,8 kg/m³ ʄ - Fator alimento = Adotado 0,3 kgDBO/kgXVdia 𝑉𝑡𝑎 = 𝐶𝑂 (𝑘𝑔/𝑑𝑖𝑎) 𝑋𝑉 (𝑘𝑔/𝑚³) . ʄ (𝑘𝑔𝐷𝐵𝑂/𝑘𝑔𝑋𝑉𝑑𝑖𝑎) 𝑉𝑡𝑎 = 220 2,8 . 0,3𝑽𝒕𝒂 = 𝟐𝟔𝟏, 𝟗𝟎 𝒎³ d) Adoção da profundidade útil Hu adotado para sistema de aeração de superfície = 3,0 m e) Dimensões do tanque de aeração Área 𝐴 = 𝑉𝑡𝑎(𝑚³) 𝐻𝑢 (𝑚) 𝐴 = 261,9 3,0 𝑨 = 𝟖𝟕, 𝟑 𝒎² 𝐵 = √ 𝐴 2 𝐵 = √ 87,3 2 𝑩 = 𝟔, 𝟔𝟎 𝒎 𝐿 = 2𝐵 𝐿 = 2 . 6,60𝑚 𝑳 = 𝟏𝟑, 𝟐𝟏 𝒎 f) Tempo de detenção hidráulica (TDH) 𝑇𝐷𝐻 = 𝑉𝑡𝑎 (𝑚³) 𝑄 (𝑚³/ℎ) 𝑇𝐷𝐻 = 261,90 20 𝑻𝑫𝑯 = 𝟏𝟑, 𝟎𝟗 𝒉 e) Necessidade de oxigênio Essa etapa consiste na determinação de oxigênio necessária para oxidação da matéria orgânica. 𝑂2 Nec. – Adotado = 2,0 kg𝑂2/kgDBO removida 𝑁𝑒𝑐 𝑂2 = 𝐶𝑂 (𝑘𝑔/𝑑𝑖𝑎) . 𝑂2 𝑁𝑒𝑐. (𝑘𝑔𝑂2/𝑘𝑔𝐷𝐵𝑂) 𝑁𝑒𝑐 𝑂2 = 220 . 2,0 𝑁𝑒𝑐 𝑂2 = 440 𝑘𝑔𝑂2/𝑑𝑖𝑎 𝑵𝒆𝒄 𝑶𝟐 = 𝟏𝟖, 𝟑𝟑 𝒌𝒈𝑶𝟐/𝒉𝒐𝒓𝒂 f) Capacidade de aeração Capacidade de transferência de oxigênio (O2) Δ (1,1 a 2,5) kgO2/kw.h, nas condições padrão, ou seja, em água limpa ao nível do mar a 20°C. Para o cenário real, a capacidade de transferência de O2 para a massa líquida te um rendimento de (60 a 70)% em relação àquela especificada pelo fabricante do equipamento. Rendimento do equipamento adotado = 2,2 kg O2 kW/h. Fator de correção (rendimento) adotado = 65% 𝐶𝑝 = 2,2 𝑘𝑔𝑂2𝐾𝑤/ℎ . 0,65 𝑪𝒑 = 𝟏, 𝟒𝟑 𝒌𝒈𝑶𝟐𝑲𝒘/𝒉 Cp: Kw → Cv 𝐶𝑝(𝑐𝑣) = 𝐶𝑝(𝑘𝑤) 0,735 𝐶𝑝(𝑐𝑣) = 1,43 0,735 𝑪𝒑(𝒄𝒗) = 𝟏, 𝟗𝟒 𝒌𝒈𝑶𝟐𝑪𝒗/𝒉 g) Potência necessária 𝑃𝑛𝑒𝑐 = 𝑁𝑒𝑐 𝑂2 (𝑘𝑔𝑂2/ℎ) 𝐶𝑝 (𝑘𝑔𝑂2𝐶𝑣/ℎ) 𝑃𝑛𝑒𝑐 = 18,33 1,94 𝑷𝒏𝒆𝒄 = 𝟗, 𝟒𝟒 𝑪𝒗 DISTRIBUIÇÃO DA AERAÇÃO → 2 AERADORES DE 5 CV h) Densidade de potência 𝐷𝑝 = 𝑃𝑜𝑡ê𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑖𝑛𝑠𝑡𝑎𝑙𝑎𝑑𝑎 (𝑊) 𝑉𝑡𝑎 (𝑚³) 𝐷𝑝 = 2 . 5 𝑐𝑣 . 735 𝑤/𝑐𝑣 261,9 𝐷𝑝 = 7350 261,9 𝑫𝒑 = 𝟐𝟖, 𝟎𝟔 𝒘/𝒎³ A NBR 12.209/2011 recomenda que: Dp ≥ 10 w/m³ i) Sistema de aeração por ar difuso N – Massa de ar requerida = 440 kgO2/dia Ef – Eficiência efetiva de transferência de O2= 8% P – Peso específico do ar = 1,2 kg/m³ 𝑄𝑎𝑟 = 𝑁 334,08 . 𝐸𝑓 . 𝑃 𝑄𝑎𝑟 = 440 334,08 . 0,08. 1,2 𝑄𝑎𝑟 = 13,68 𝑚³/𝑚𝑖𝑛 𝑸𝒂𝒓 = 𝟖𝟐𝟎 𝒎³/𝒉𝒐𝒓𝒂 5 DECANTADOR SECUNDÁRIO MECANIZADO Dados para o dimensionamento do decantador secundário mecanizado: Vazão de projeto – 320 m³/dia XV adotado – 2,8 kg/m³ a) Fator de recirculação 𝑋 = 𝑋𝑉 0,75 𝑋 = 2,8 0,75 𝑿 = 𝟑, 𝟕𝟑 𝒌𝒈/𝒎³ 𝑋𝑅 = 2 . 𝑋 𝑋𝑅 = 2 . 3,73 𝑿𝑹 ≅ 𝟖 𝒌𝒈/𝒎³ (1 + 𝑅) 𝑋 = 𝑅 . 𝑋𝑅 (1 + 𝑅) 3,73 = 𝑅 . 8 3,73 + 3,73𝑅 = 8𝑅 3,73 = 8𝑅 − 3,73𝑅 3,73 = 4,27𝑅 𝑅 = 3,73 4,27 𝑅 = 0,87 𝑹 = 𝟖𝟕% 𝑹 ≅ 𝟗𝟎% b) Vazão de recirculação Vazão para dimensionar a elevatória de lodo “conjunto motor bomba” 𝑅 = 𝑄𝑅 𝑄𝑎 𝑄𝑅 = 𝑅 . 𝑄𝑎 𝑄𝑅 = 0,9 .20 𝑸𝑹 = 𝟏𝟖 𝒎³/𝒉 c) Vazão de projeto para o decantador secundário 𝑄𝑝 = 𝑄𝑎 + 𝑄𝑅 𝑄𝑝 = 20 𝑚³/ℎ + 18 𝑚³/ℎ 𝑸𝒑 = 𝟑𝟖 𝒎³/𝒉 d) Área do decantador TES para este projeto de acordo com a tabela = 30 m³/m²h 𝑇𝐸𝑆 = 30 𝑚³/𝑚²ℎ 24 ℎ/𝑑𝑖𝑎 𝑻𝑬𝑺 = 𝟏, 𝟐𝟓 𝒎³/𝒎²𝒅𝒊𝒂 𝐴𝑑 = 38 (𝑚³/ℎ) 1,25 (𝑚³/𝑚²ℎ) 𝑨𝒅 = 𝟑𝟎, 𝟒 𝒎² e) Diâmetro do decantador 𝐴 = 𝜋 . 𝐷² 4 𝐷 = √ 𝐴 . 4 𝜋 𝐷 = √ 30,4 . 4 𝜋 𝑫 = 𝟔, 𝟐𝟐 𝒎 DIÂMETRO ADOTADO DISPONÍVEL = 8,0 m f) Área do decantador corrigida 𝐴𝑐 = 𝜋 . 𝑅² 𝐴𝑐 = 𝜋 . 4² 𝑨𝒄 = 𝟓𝟎, 𝟐𝟔 𝒎² g) TES corrigida 𝑇𝐸𝑆 = 𝑄𝑝 (𝑚³/ℎ) 𝐴 (𝑚²) 𝑇𝐸𝑆 = 38 50,26 𝑻𝑬𝑺 = 𝟎, 𝟕𝟓 𝒎³/𝒎²𝒉 𝑻𝑬𝑺 = 𝟏𝟖 𝒎³/𝒎²𝒅 h) Volume do decantador Para D = 8,0 m → Hu = 2,5 m 𝑉𝐷 = 𝐴𝑐 (𝑚²) . 𝐻𝑢(𝑚) 𝑉𝐷 = 50,26 . 2,5 𝑽𝑫 = 𝟏𝟐𝟓, 𝟔𝟓 𝒎³ i) Tempo de detenção hidráulica 𝑇𝐷𝐻 = 𝑉𝐷 𝑚³ 𝑄𝑝 𝑚³/ℎ 𝑇𝐷𝐻 = 125,65 38 𝑻𝑫𝑯 = 𝟑, 𝟑 𝒉𝒐𝒓𝒂𝒔 TEMPO DE DETENÇÃO HIDRÁULICA ESTÁ DE ACORDO COM A RECOMENDAÇÃO: Δ (1,5 A 4) horas j) Inclinação do fundo Para esse projeto adotou-se inclinação de 12% k) Profundidade periférica Borda livre (BL) adotada = 0,5 m Hu adotado = 2,5 m 𝑃𝑝𝑒𝑟𝑖𝑓 = 𝐻𝑢 + 𝐵𝐿 𝑃𝑝𝑒𝑟𝑖𝑓 = 2,5 + 0,5 𝑷𝒑𝒆𝒓𝒊𝒇 = 𝟑, 𝟎 𝒎 l) Profundidade central 𝑃𝑐 = 𝐻𝑢 + 𝐵𝐿 + (𝑅 . 𝑖 (%)) 𝑃𝑐 = 2,5 + 0,5 + (4,0 . 0,12) 𝑷𝒄 = 𝟑, 𝟒𝟖 𝒎 m) Velocidade da ponte raspadora 40 mm/s n) Perímetro do decantador 𝑃𝑑𝑒𝑐 = 2. 𝜋. 𝑅 𝑃𝑑𝑒𝑐 = (2). (3,1416). (4) 𝑷𝒅𝒆𝒄 = 𝟐𝟓, 𝟏𝟐 𝒎 o) Verificação da taxa de escoamento de saída 𝑇𝐸𝑆 = 𝑄𝑝 (𝑚³/ℎ) 𝑃𝑑𝑒𝑐 (𝑚) 𝑇𝐸𝑆 = 38 25,12 𝑻𝑬𝑺 = 𝟏, 𝟓𝟏 𝒎²/𝒎𝒉 TES está de acordo com a NBR 12.209/2011: ˂ 12m³/mh p) Número de vertedouros 𝑁𝑣𝑒𝑟𝑡 = 𝑃𝑑𝑒𝑐 (𝑚) . 𝑉𝑒𝑟𝑡(𝑚) 𝑁𝑣𝑒𝑟𝑡 = 25,12 𝑚 . 5 𝑣𝑒𝑟𝑡/𝑚 𝑵𝒗𝒆𝒓𝒕 = 𝟏𝟐𝟔 𝒗𝒆𝒓𝒕𝒆𝒅𝒐𝒖𝒓𝒐𝒔 q) Verificação da vazão por vertedouro 𝑄𝑣 = 𝑄𝑝 (𝑚³/ℎ) 3,6 𝑄 = 38 3,6 𝑸𝒗 = 𝟏𝟎, 𝟓𝟓 𝒍/𝒔 𝑄 𝑣𝑒𝑟𝑡 = 𝑄𝑣(𝑙/𝑠) 𝑁𝑣𝑒𝑟𝑡 𝑄 𝑣𝑒𝑟𝑡 = 10,55 126 𝑸 𝒗𝒆𝒓𝒕 = 𝟎, 𝟎𝟖𝟑 𝒍/𝒔 r) Vazão de saída dos vertedouros por metro 𝑄𝑠𝑎í𝑑𝑎 𝑣𝑒𝑟𝑡𝑒𝑑𝑜𝑢𝑟𝑜𝑠 = (5𝑣𝑒𝑟𝑡/𝑚) . (𝑄/𝑣𝑒𝑟𝑡) 𝑄𝑠𝑎í𝑑𝑎 𝑣𝑒𝑟𝑡𝑒𝑑𝑜𝑢𝑟𝑜𝑠 = 5𝑣𝑒𝑟𝑡/𝑚 . 0,083 𝑸𝒔𝒂í𝒅𝒂 𝒗𝒆𝒓𝒕𝒆𝒅𝒐𝒖𝒓𝒐𝒔 = 𝟎, 𝟒𝟏 𝒍/𝒔. 𝒎 Qsaída está de acordo com a norma: ≤ 8,3 l/s.m s) Altura da lâmina d’água (H) no vertedouro Vertedouro Thompson 𝑄 = 1,4 . (𝐻)2,5 𝐻 = √ 𝑄 1,4 2,5 𝐻 = √ 0,000083 1,4 2,5 𝑯 = 𝟎, 𝟎𝟐𝟎 𝒎 𝑯 = 𝟐, 𝟎 𝒄𝒎 t) Verificação da taxa de aplicação de sólidos X = 3,73 kg/m³ 𝑇𝑆 = (𝑄𝑎 + 𝑄𝑟) ∗ 𝑥 𝐴𝐶 𝑇𝑆 = (20 𝑚3. ℎ + 18 𝑚³/ℎ) ∗ 3,73 𝑘𝑔/𝑚³ 50,26 𝑚2 𝑻𝑺 = 𝟐, 𝟖𝟐 𝒌𝒈/𝒎²𝒉 𝑇𝑆 = 2,82 𝑘𝑔/𝑚²ℎ . 24 ℎ𝑜𝑟𝑎𝑠 𝑻𝑺 = 𝟔𝟕, 𝟔𝟖 𝒌𝒈/𝒎²𝒅𝒊𝒂 A taxa de aplicação de sólidos está de acordo com a norma 12.209/2011 que recomenda: <144 Kg/m²dia u) Produção de lodo biológico CO aplicada = 220 kg/dia Produção de lodo 𝛥 (0,4 a 0,8) – Adotado = 0,6 kg SS/kg DBO aplicada 𝛥𝑥 = 𝛥 (𝑘𝑔𝑆𝑆/𝑘𝑔𝐷𝐵𝑂𝑎𝑝𝑙𝑖𝑐𝑎𝑑𝑎) . 𝐶𝑂 𝑎𝑝𝑙𝑖𝑐𝑎𝑑𝑎 (𝑘𝑔𝐷𝐵𝑂/𝑑𝑖𝑎) 𝛥𝑥 = 0,6 . 220 𝜟𝒙 = 𝟏𝟑𝟐 𝒌𝒈𝑺𝑺/𝒅𝒊𝒂 v) Descarte do excesso de lodo ɣ - Peso específico Δ( 1020 a 1040) kg/m³ - adotado = 1020 kg/m³ CDL- concentração de sólidos descarte Δ( 0,5 a 2)% - adotado = 5% 𝐷𝐿 = 𝛥𝑥 (𝑘𝑔𝑆𝑆/𝑑𝑖𝑎) ɣ(𝑘𝑔/𝑚³) . 𝐶𝐷𝐿 (%) 𝐷𝐿 = 132 1020 . 0,005 𝑫𝑳 = 𝟐𝟓, 𝟖𝟖 𝒎³/𝒅𝒊𝒂 w) Tempo de detenção celular 𝜃𝑐 – Idade do lodo 𝜽𝒄 = (𝑉𝑡𝑎 . 𝑋) 𝛥𝑥 𝜃𝑐 = (261,9 𝑚³ . 3,73 𝑘𝑔/𝑚³) 132 𝑘𝑔𝑆𝑆/𝑑𝑖𝑎 𝜽𝒄 = 𝟕, 𝟒 𝒅𝒊𝒂𝒔 x) Descarte do lodo 𝑇𝑏 = 𝐷𝐿 (𝑚³) 𝑄𝑅 (𝑚³/ℎ) . 60 𝑇𝑏 = 25,8818 . 60 𝑻𝒃 = 𝟖𝟔, 𝟐𝟔 𝒎𝒊𝒏 𝑻𝒃 = 𝟏 𝒉𝒐𝒓𝒂 𝒆 𝟐𝟔 𝒎𝒊𝒏𝒖𝒕𝒐𝒔 y) Elevatório de lodo 𝑄 = 18 𝑚³/ℎ 3600 𝑸 = 𝟓𝒙𝟏𝟎−𝟑 𝒎³/𝒔 Adota-se 50% a mais por questão de segurança 𝑄 = 5𝑥10−3 . 1,5 𝑸 = 𝟕, 𝟓𝒙𝟏𝟎−𝟑 𝒎³/𝒔 𝑃 = 𝑄 (𝑚3/𝑠) ∗ ɣ (𝑘𝑔/𝑚³) ∗ 𝐻𝑚 (𝑚𝑐𝑎) 75 ∗ 𝑛 𝑃 = 7,5𝑥10−3 ∗ 1020 ∗ 7,88 75 ∗ 0,6 𝑃 = 1,33 6 LEITO DE SECAGEM DE LODO a) Área 𝐴 = 𝑉𝐿𝐷 (𝑚³) 𝐴𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑜𝑑𝑜 𝑛𝑜 𝑙𝑒𝑖𝑡𝑜 (𝑚) 𝐴 = 1,97 0,5 𝑨 = 𝟑, 𝟗𝟒 𝒎² 𝑨 ≅ 𝟒, 𝟎 𝒎² 6.1 LODO PRIMÁRIO A descarga em uma célula de leito de secagem equivale a 6 dias 𝑉𝐿 = 𝑉𝐿𝐷 . 6 𝑑𝑖𝑎𝑠 𝑉𝐿 = 1,97 . 6 𝑽𝑳 = 𝟏𝟏, 𝟖𝟐 𝒎³ 𝐴 = 𝑉𝐿 (𝑚³) 𝐴𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑜𝑑𝑜 𝑛𝑜 𝑙𝑒𝑖𝑡𝑜 (𝑚) 𝐴 = 11,82 0,5 𝑨 = 𝟐𝟑, 𝟔𝟒 𝒎² 𝑨 ≅ 𝟐𝟒, 𝟎 𝒎² Células necessárias para 6 dias 4 células para leito de secagem de lodo primário: 1 célula de enchimento 2 células para secagem 1 célula para limpeza Dimensões: 10m x 2,4 m cada célula 6.2 LODO BIOLÓGICO 𝐴 = 𝑉𝐿 (𝑚³) 𝐴𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑜𝑑𝑜 𝑛𝑜 𝑙𝑒𝑖𝑡𝑜 (𝑚) 𝐴 = 25,88 0,5 𝑨 = 𝟓𝟏, 𝟕𝟔 𝒎² 𝑨 ≅ 𝟓𝟒, 𝟎 𝒎² Células necessárias para 7,4 dias 4 células para leito de secagem de lodo biológico: 1 célula de enchimento 2 células para secagem 1 célula para limpeza Dimensões: 9m x 6m cada célula REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS – ABNT. NBR 12.209: Elaboração de projetos hidráulico-sanitários de estações de tratamento de esgotos sanitários. Associação Brasileira de Normas Técnicas. Rio de Janeiro, RJ. 2011.
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