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Relatório de Peneiramento

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UNIVERSIDADE ESTADUAL DO OESTE DO PARANÁ – UNIOESTE
CECE - CENTRO DE ENGENHARIAS E CIÊNCIAS EXATAS
CURSO DE ENGENHARIA QUÍMICA
DISCIPLINA: LABORATÓRIO DE ENGENHARIA QUÍMICA II
VISITA TÉCNICA SANEPAR- GRADEAMENTO
JULHO DE 2017
TOLEDO- PARANÁ
UNIVERSIDADE ESTADUAL DO OESTE DO PARANÁ – UNIOESTE
CECE - CENTRO DE ENGENHARIAS E CIÊNCIAS EXATAS
BEATRIZ FLORÊNCIO DA SILVA
FLÁVIA RAFAELA CARVALHO
LUIS GUILHERME FARINA ROSOLEN
PEDRO SIQUEIRA
Trabalho entregue a Prof. Dra. Leila Denise Fiorentin como avaliação da disciplina de Laboratório de Engenharia Química II do curso de Engenharia Química da Universidade Estadual do Oeste do Paraná – Campus Toledo.
JULHO DE 2017
TOLEDO- PARANÁ
RESUMO
Com a realização da visita técnica a ETE norte da cidade de Toledo-PR, pode-se compreender as etapas de tratamento do esgoto doméstico, assim como as principais deficiências do sistema atualmente adotado. Com base no que foi descrito e as informações cedidas, explica-se de forma detalhada cada uma das etapas envolvidas, com foco no processo de gradeamento demonstrando de forma geral o funcionamento do equipamento Aqua Guard® empregado, assim como as caraterísticas de cada modelo e suas vantagens, ressaltando os parâmetros que garantem maior eficiência. Com base nas informações do fabricante, verificou-se que o equipamento empregado é uma inovação tecnológica muito eficiente e que possibilita um processo mais prático. No que diz respeito às deficiências encontradas, sugerem-se melhorias em termos do gerenciamento dos resíduos produzidos durante o tratamento (biogás e lodo). O reaproveitamento do biogás do processo resultaria na diminuição do tempo de secagem do lodo, assim como na desidratação do mesmo, viabilizando a sua aplicação na reciclagem agrícola. Com relação ao destino final do lodo produzido, visto a sua rica composição, sugere-se a necessidade de pesquisas que viabilizem a sua aplicação nos processos de tratamento de esgoto doméstico.
1 INTRODUÇÃO 
O consumo de água está intimamente relacionado à implantação de estações de tratamento de esgoto, sendo que o tamanho da planta para tratamento e sua capacidade são estimados com base no consumo doméstico. A relação existente se dá por meio de uma variável denominada vazão doméstica que computa não somente os esgotos que partem de residências, mas também os originados em comércios e instituições existentes em uma determinada localidade (VON SPERING, 2005).
	A estimativa da vazão doméstica é feita com base nos dados do consumo doméstico de água em uma determinada região, que por sua vez é relacionado ao consumo diário com base na população e na determinação de um consumo médio diário por habitante denominado Quota Per Capita (QPC) (VON SPERING, 2005).
	Porém, para projetar uma estação de tratamento é necessário levar em conta não somente a vazão média estimada, mas também as vazões máximas e mínimas possíveis devido a razões hidráulicas e de processo. A determinação destes parâmetros auxilia no projeto dos reservatórios que serão empregados no processo de tratamento. 
As fases do tratamento de esgoto englobam os tratamentos preliminares, primários, secundários e terciários. Os preliminares consistem basicamente na separação dos sólidos mais grosseiros em suspensão, podendo ser feita por meio de operações de gradeamento e peneiramento (VON SPERLING, 1996). 
Em seguida, nos tratamentos primários, como o esgoto ainda está praticamente inalterado em relação às características poluidoras, é necessário separar a água dos materiais poluentes. Isso é feito por meio da sedimentação nos equipamentos, através da ação física (SILVA, 2004). 
Já no tratamento secundário, a matéria orgânica coloidal é consumida por microrganismos. Posteriormente, há um processo de sedimentação nos sedimentadores (decantadores) secundários. Ao fim desse processo, a água apresenta um reduzido nível de poluição por matéria orgânica, podendo, na maioria dos casos, serem admitidas no meio ambiente (NEVES, 1974).
Nos tratamentos terciários, a fim de lançar o final do esgoto no corpo receptor, algumas vezes, é necessário desinfetar as águas residuais tratadas para a remoção dos organismos patogênicos (NEVES, 1974). 
Desse modo, o tratamento de esgoto é de suma importância para, além de melhorar as condições sanitárias locais, conservar os recursos naturais, eliminando os focos de poluição e de contaminação, diminuindo a frequência de doenças causadas pela água contaminada por dejetos e, por consequência, os recursos aplicados no tratamento dessas e nos custos do tratamento de água para abastecimento (NUCASE, 2013). 
 	 
2 MATERIAIS E MÉTODOS
2.1 MATERIAIS
Prancheta; 
Folhas de sulfite;
Caneta;
Aparelho celular com câmera fotográfica.
2.2 MÉTODOS
	Com base em um estudo prévio sobre os fundamentos que regem o tratamento primário do efluente doméstico, realizou-se uma visita técnica na Companhia de Saneamento do Paraná (SANEPAR). Durante a visita foram coletadas informações qualitativas, com relação aos processos aplicados e algumas características principais de cada um deles, de forma a relacioná-las com o conhecimento teórico transmitido durante as aulas. No aspecto quantitativo, coletaram-se dados referentes à capacidade de alguns dos reservatórios utilizados, assim como algumas dimensões dos equipamentos. 
3 OBJETIVOS DA VISITA TÉCNICA
3.1 OBJETIVO GERAL
 Visualizar de forma prática o funcionamento de uma estação de tratamento de esgoto sanitário e as operações unitárias envolvidas no processo de tratamento.
3.1 OBJETIVO ESPECÍFICO
Relacionar o processo analisado com os fundamentos aprendidos em aula sobre separações mecânicas, com ênfase no processo de peneiramento.
4 DISCUSSÃO
4.1 DESCRIÇÃO DO PROCESSO DE TRATAMENTO 
Para o caso da ETE visitada, o início do tratamento do esgoto doméstico se dá pelo recebimento do efluente que é captado das redes de esgoto. Ao adentrar na ETE, o efluente contendo sólidos grosseiros é submetido ao processo de gradeamento e segue para o processo de desarenação. Em seguida, este é então transportado ao reator anaeróbico de fluxo ascendente (UASB). Após a digestão, o efluente é direcionado a um filtro biológico e posteriormente para um sedimentador, onde será depositada uma fração das partículas que persistiram no efluente após os processos realizados anteriormente. O fluxograma mostrado na Figura 1 abaixo é uma representação esquemática das etapas que compõem o processo.
Figura 1 - Fluxograma representativo do tratamento da fase líquida da ETE Norte da cidade de Toledo-PR.
	De acordo com as informações fornecidas pelo tecnólogo Ambiental responsável pela ETE região norte da cidade de Toledo-PR, a estação de tratamento de esgoto foi projetada com base na demanda populacional. Segundo o Tecnólogo foram investidos cerca de dez milhões de reais na construção do empreendimento que atende uma média diária de 30 Ls-1, em dias normais (fora do período de verão e dias chuvosos), e fora desse período possui capacidade de tratamento de uma vazão máxima de até 100 Ls-1. 	
O início do tratamento é realizado pelas etapas de gradeamento e desaneração que constituem o tratamento preliminar realizado com objetivo de retirar os sólidos grosseiros e as partículas em suspensão como areia, cabelo, e outros tipos de resíduos sólidos descartados de forma errônea em vasos sanitários e nas redes de coleta de esgoto (CESAN, 2013). 
Em seguida, o efluente pré-tratado é direcionado a etapa de digestão anaeróbica com o objetivo de converter compostos orgânicos como proteínas, gorduras e outros compostos em biogás, ocorrendo assim à diminuição da carga orgânica do efluente (Patcharee Intanoo, Patcharaporn Chaimongkol & Sumaeth Chavadej, 2015). No caso da ETE visitada, todo o biogás gerado no processo é queimado por um sistema de ignição automática. A queima é efetuada de forma a ocorrer liberação de gases de combustão ao final do tratamento. De acordocom a ABNT (2011, p. 18), a queima deve ser preferencialmente completa, com a finalidade de evitar a eliminação de gás metano na atmosfera. 
Após a redução da carga orgânica, o efluente é submetido à etapa de filtração sendo utilizado um filtro biológico. Segundo o tecnólogo Ambiental responsável, o filtro aplicado é composto por uma camada de brita e também por uma camada de areia. De acordo com a ABNT (2011, p.19), para este tipo de equipamento, a utilização de materiais em sua construção que diferem de brita, seixo rolado ou materiais plásticos deve ser feita somente se sua utilização for tecnicamente justificada.
Em sequencia, o efluente é transportado até o sedimentador, sendo regulamentada pela ABNT (2011, p.14) a vazão de entrada no equipamento e também a taxa de escoamento superficial do mesmo.
Com relação ao tratamento da fase sólida, todo o lodo retirado no processo exceto ao retido no gradeamento, é direcionado aos leitos fixos de secagem. A Figura 2 demonstra os leitos de secagem utilizados na ETE norte de Toledo-PR.
Figura 2 – Leito de secagem de lodo da ETE Norte de Toledo/PR.
 
Após o processo de secagem, o lodo seco é recolhido pela empresa Paraná Ambiental, assim como os sólidos grosseiros retirados durante o tratamento preliminar. Segundo o tecnólogo ambiental, a empresa utiliza os resíduos em processos de compostagem para que possam ser comercializados.
 
4.1 ETAPA DE GRADEAMENTO 
	O sistema de gradeamento tradicional é constituído barras paralelas de ferro ou de aço carbono, posicionadas perpendicularmente ou transversalmente ao fluxo dos efluentes, retendo o material grosseiro transportado pelas águas residuárias no canal de chegada dos esgotos na ETE (DEHA, s/d; SILVA, s/d).
A classificação das barras do sistema de gradeamento pode ser vista na Tabela 1 abaixo:
Tabela 1 – Classificação dos sistemas de gradeamento.
	Tipo de grades
	Espaçamento (cm)
	Secção da Barra (pol.)
	Grosseiras
	4,0 – 10,0
	⅜ x 2
⅜ x 2½
½ x 1½
½ x 2
	Médias
	2,0 – 4,0
	5/16 x 2
⅜ x 1½
⅜ x 2
	Finas
	1,0 – 2,0
	5/16 x 1½
⅜ x 1½
Fonte: SILVA, s/d.
O equipamento utilizado no processo analisado para a realização do gradeamento é mostrado na Figura 3 abaixo:
Figura 3 – Equipamento de gradeamento Aqua Guard® da empresa Parkson Corporation.
	O princípio de funcionamento deste equipamento consiste na captura dos sólidos presentes no fluxo de água a ser tratada por meio de elementos da grade. Os elementos são posicionados em uma série de eixos paralelos entre si, de forma a comporem uma correia móvel sem término. A correia retém a fração de sólidos maior do que a abertura da grade e os descarrega na parte traseira do equipamento. O tamanho das malhas das grades vão de 1 mm até 30 mm, possibilitando uma vasta gama de aplicações que dependerão do processo específico. A eficiência do equipamento é melhorada, pois as grades são dispostas no equipamento de forma a permitir o contato entre a grade e os sólidos por duas vezes consecutivas, como mostrado na Figura 4 a seguir: 
Figura 4 – Ilustração do funcionamento do equipamento utilizado na etapa de gradeamento.
	O equipamento é autolimpante e possui uma escova acoplada para ser utilizada nos casos em que os sólidos permaneçam presos aos cintos do equipamento, podendo também, em casos rigorosos, serem utilizados jatos de água para lavagem dos cintos.
	Existem três modelos disponíveis no mercado, os quais seguem os parâmetros de projeto mostrados na Tabela 2. 
Tabela 2 – Parâmetros de projeto para os modelos disponíveis do equipamento Aqua Guard®.
	
	Modelo MN
(Tradicional)
	Modelo S
(Trabalho Pesado)
	Modelo PF
(Placa Perfurada)
	Largura mínima do canal (in.)
	12
	24
	12
	Largura máxima da tela (in.)
	66
	108
	108
	Máxima perca de carga por modelo (in.)
	10
	24
	24
	Espaçamento típico da grade
	1/8 - 5/8 (in.)
	1/8 - 1 ¼ (in.)
	1/8 - 1 ¼ (in.)
	
	3 - (5 mm)
	3 - 30 (mm)
	3 - 6 (mm)
	Graus de inclinação disponíveis
	60º / 75º / 85º
	60º / 75º / 85º
	60º / 75º / 85º
Fonte: PARKSON, s/d, tradução nossa.
De acordo com o site do fabricante, o modelo MN é o modelo tradicional, enquanto que o modelo S é uma adaptação do tradicional para um fluxo maior de água a ser tradada, quanto o modelo PF é uma versão mais eficiente do modelo tradicional, com uma perda de carga menor. Segundo o fabricante, a inclinação de 75º é a que garante maior eficiência de coleta.
Comparando o equipamento utilizado pela SANEPAR com os métodos tradicionais de gradeamento, verifica-se que o método empregado representa uma tecnologia avançada em sistemas de gradeamento, pois além da alta eficiência do equipamento, este é autolimpante, o que dispensa a necessidade de um funcionário para a realização da limpeza das grades, tornando o processo mais rápido e menos oneroso.
	
4.2 UTILIZAÇÃO DE RESÍDUOS
4.2.1 Biogás
	Segundo Konrad et al. (2013), o biogás é considerado uma promissora fonte de geração de energia renovável, sendo composto principalmente por metano (55-70%) e gás carbônico (30-45%). Considerando o processo em questão, a produção do biogás se dá durante a etapa de redução da carga orgânica por meio da digestão anaeróbica por bactérias. A Figura 5 apresenta o tipo de reator utilizado na ETE visitada.
Figura 5 - Zona de sedimentação do reator tipo UASB empregado na ETE norte de Toledo-PR.
	Os reatores UASB consistem basicamente de um leito de lodo, uma região de sedimentação, e um separador de fases. Essa configuração possibilita a retirada do biogás formado na parte superior do equipamento. A Figura 6 a seguir ilustra os compartimentos internos de um reator UASB. 
Figura 6 - Representação dos compartimentos internos de um reator Upflow Anaerobic Sludge Blanket (UASB).
	
	No caso da planta da SANEPAR, após a remoção do biogás dos reatores este era integralmente submetido à queima pela utilização de um sistema de ignição automática.
	Segundo Junior e Lopez (2016), a produção de biogás em uma estação de tratamento de esgoto pode variar de 5 a 20L/pessoa/dia. Considerando o potencial energético do biogás, uma alternativa de melhoria da planta seria a utilização do mesmo na produção de energia elétrica renovável, que possibilitaria sua aplicação em secadores, que se acoplados ao processo poderiam ser empregados no procedimento de secagem do lodo residual.
A Figura 7 abaixo ilustra a sequência do processo de tratamento, considerando um sistema de aproveitamento do biogás na obtenção de energia elétrica para utilização em secadores inseridos no processo.
Figura 7 - Fluxograma do processo de tratamento com aproveitamento do biogás na geração de energia elétrica.
As alterações na configuração do processo propostas na Figura 3 exigiria a instalação de equipamentos tais como: compressores e tubulações especificas para o transporte de gases, motores para geração de energia e queimadores para uso em caso de parcelas não reaproveitadas. Além de uma planta para purificação de biogás uma vez que o gás resultante do processo de digestão pode conter impurezas que afetariam de forma negativa o processo de geração de energia (JUNIOR & LOPES, 2016).
De acordo com as informações repassadas durante a visita a estação de tratamento, o tempo necessário para secagem do lodo em leito fixo, considerando o processo convencional, gira em torno de 20 dias. Dessa forma, o sistema proposto na Figura 3 possibilitaria a redução do tempo de secagem do lodo e também uma possível diminuição da área necessária ao processo de secagem, que como visto na Figura 2, ocupa uma grande área física do terreno. Com a diminuição da área dos leitos de secagem, o espaço poderia ser empregado na expansão da planta, uma vez que um dos problemas citados durante a visita técnica foi a limitação da capacidade da planta a uma vazão máxima de 100 Ls-1. 
4.2.2 GERENCIAMENTO DOS SÓLIDOS (LODO) GERADOS NO PROCESSO DE TRATAMENTO DO ESGOTO
 	 De acordo com Resseti, Soccol e Neto(1999), o gerenciamento dos resíduos gerados em uma ETE constitui umas das etapas mais onerosas e com custos significativos do processo de tratamento. Diversos estudos apontam a utilização do lodo gerado na reciclagem agrícola, porém para que possa ser aplicado na reciclagem agrícola, o lodo deve produzir insumos de qualidade assegurada. Umas das medidas que podem melhorar a qualidade do lodo é a obtenção de um esgoto com menor quantidade de metais pesados.
Também segundo o autor, as novas ETEs devem adquirir equipamentos capazes de tratar o lodo, permitindo sua aplicação na reciclagem agrícola. Uma das alternativas sugeridas pelo autor refere-se à desinfecção e a desidratação do lodo durante o processo de tratamento. 
Com base no que foi descrito nos parágrafos acima, pode-se sugerir a utilização dos secadores propostos no item 4.2.1 também para esta finalidade. Considerando o potencial nutritivo descrito pelo autor, sugere-se também que sejam realizadas pesquisas que viabilizem a reutilização do lodo no próprio processo, por exemplo, na etapa de biodigestão caso fosse comprovada a possibilidade de aplicação. 
5 CONCLUSÃO
A visita técnica a estação de tratamento de esgoto permitiu a visualização e compreensão das principais etapas utilizadas no processo de tratamento do esgoto doméstico. Quanto ao processo de gradeamento adotado, verificou-se que o equipamento utilizado representa uma tecnologia avançada neste tipo de tratamento, uma vez que resulta em um processo mais rápido e menos oneroso. Com relação às deficiências do processo, cita-se a necessidade de melhorias no aspecto de gestão resíduos, com a possibilidade de empregá-los no próprio processo de tratamento, o que pode acarretar em ganhos no aspecto ambiental, assim como financeiro, uma vez que as sugestões propostas podem auxiliar na expansão da ETE e também aumentar a eficiência da planta. 
6 REFERÊNCIAS 
	
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS – ABNT. Norma Brasileira ABNT NBR 12209: Elaboração de Projetos Hidráulico-Sanitários de Estações de Tratamento de Esgotos Sanitários. 2ª Ed. Rio de Janeiro: Secretaria de Administração do Ministério Público Federal, 2011.
COMPANHIA ESPÍRITO SANTENSE DE SANEAMENTO - CESAN. Apostila - Tratamento de Esgoto, 2013. Disponível em: <http://www.cesan.com.br/wp-content/uploads/2013/08/APOSTILA_TRATAMENTO_ESGOTO.pdf>. Acesso em 15 de julho de 2017.
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA HIDRAÚLICA E AMBIENTAL – DEHA. Tratamento Preliminar de Esgotos, s/d. Disponível em: < http://www.deha.ufc.br/login/usuarios/td945a/Tratamento_de_esgotos_graduacao_Tratamento_preliminar.pdf>. Acesso em 18 de julho de 2017.
KONRAD, O.; LUMI, M.; HEBERLE, A. N. A.; TONETTO, J. F.; CASARIL, C. E. A Influência da Codigestão de Óleo Vegetal Residual na Geração de Biogás por Lodo de Estação de Tratamento de Efluentes. Revista Brasileira de Energias Renováveis, v. 2, 2013, p. 1-20.
JUNIOR, P. A. S.; LOPES, M. M. Aproveitamento Energético de Biogás Produzido pelo Tratamento de Efluentes Líquidos Urbanos Utilizando Reatores Uasb: Um Estudo de Caso para Poços de Caldas-MG. Revista Brasileira de Energias Renováveis, v.5, n.2, 2016, p.204-221.
NEVES, E. T. Curso de hidráulica. Porto Alegre: Editora Globo, 1974, 574 p.
NÚCLEO SUDESTE DE CAPACITAÇÃO E EXTENSÃO TECNOLÓGICA EM SANEAMENTO AMBIENTAL – NUCASE. Esgotamento sanitário. Disponível em: <http://nucase.desa.ufmg.br/wp-content/uploads/2013/07/ES-PTE.1.pdf>. Acesso em 16 de julho de 2017. 
PARKSON. Aqua Guard®: Continuous Self-Cleaning Moving Media Screen, s/d. Disponível em: <https://www.parkson.com/products/aqua-guard/continuous-self-cleaning-moving-media-screen>. Acesso em 17 de julho de 2017.
PATCHAREE, Intanoo; PATCHARAPORN, Chaimongkol; SUMAETH, Chavadej. Hydrogen and methane production from cassava wastewater using two-stage upflow anaerobic sludge blanket reactors (UASB) with an emphasis on maximum hydrogen production. ScienceDirect – ELSEVIER, 2015. Disponível em: <http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0360319915025999>. Acesso em: 15 de julho de 2017.
RESSETI, R. R.; SOCCOL, V. T.; NETO, G. K. Aplicação da Vermicompostagem no Controle Patogênico do Composto de Lodo de Esgoto. Revista Técnica da SANEPAR – SANARE, v. 12, n. 12, 1999.
SILVA, C. E. Tratamento de Águas Residuárias, Universidade Federal de Santa Maria – UFSM, s/d. Disponível em: <http://jararaca.ufsm.br/websites/ces/download/A2.pdf>. Acesso em 19 de julho de 2017.
SILVA, G. H. Sistema de alta eficiência para tratamento de esgoto residencial – estudo de caso na lagoa da conceição. Monografia. Florianópolis: Programa de graduação em Engenharia Civil; Universidade Federal de Santa Catarina, 2004. 
VON SPERLING, M. Princípios básicos do tratamento de esgotos - Princípios do tratamento biológico de águas residuárias. v. 2. Belo Horizonte: UFMG, 1996. 
VON SPERLING, M. Introdução a Qualidade das Águas e ao Tratamento de Esgotos. 3ª Ed. Belo Horizonte: Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental; Universidade Federal de Minas Gerais, 2005.

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