ETE Guaraciaba - MGG

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA AGRÍCOLA
ETE – Guaraciaba – Minas Gerais
Trabalho apresentado como parte das exigências da
 disciplina de ENG 420 – Tratamento de resíduos sólidos, líquidos e 
gasosos do Departamento de Engenharia Agrícola da UFV. 
Fernanda Aparecida do Carmo 
Matrícula 74801
Professor: Alisson Borges
Viçosa, 19 de junho de 2017.
1 - Introdução 
Esgoto são águas que, após a utilização humana, apresentam as suas características naturais alteradas, sejam de uso comercial, industrial, agroindustrial ou doméstico. O lançamento no corpo receptor sem o devido tratamento prejudica o meio ambiente e principalmente afeta diretamente na saúde das pessoas, ocasionando doenças como cólera, difteria, tifo, hepatite, dentre outras. As águas residuárias contêm basicamente matéria orgânica e mineral, assim como alta quantidade de bactérias e outros microrganismos prejudiciais à saúde. Por tudo isso, é absolutamente necessário que exista uma Estação de Tratamento de Esgoto (ETE) nos municípios.
Em vista disso, neste presente trabalho, foi realizado um projeto de ETE para o município de Guaraciaba, Minas Gerais, com intuito de colocar em prática o conteúdo ministrado na primeira parte da disciplina de ENG 420 – Tratamento dos resíduos líquidos e gasosos, do curso de Engenharia Agrícola e Ambiental da Universidade Federal de Viçosa. 
2 - Projeto 
Cálculo de estação de tratamento de esgoto para a cidade de Guaraciaba MG , com população de 3218 habitantes (de acordo com censo de 2010).
Vazão fornecida pela empresa de abastecimento urbano COPASA é de 9,0 l/s. 
2.1 - Fase preliminar 
Na fase preliminar ocorre os tratamentos físicos, onde materiais grosseiros são removidos no gradeamento que pode ser composto por grades grosseiras, grades finas e ou peneiras rotativas, em seguida a remoção de areia nas caixas de areia e a remoção de gordura nas chamadas caixas de gordura ou em pré-decantadores. Em ETE para esgoto doméstico não é comum a caixa de gordura, e em Guaraciaba a COPASA aconselha que seja instalada a caixa de gordura nas residências, mas, ainda assim, no tratamento primário ainda há o acumulo de gordura e esta deve ser removida com a devida frequência. Nesta fase, o esgoto é, desta forma, preparado para as fases de tratamento subsequentes.
Q = 9 L s-1 = 776 m³d-1
QPC = = = 235,6 L hab-1 d -1
Qméd = (QPC x N x CR ) + Q infiltração
Qmáx = K1 x K2 x QPC x CR
Qmín = K3 x QPC x CR
Em que:
K1 – coeficiente do dia de maior consumo (1,2);
K2 – coeficiente da hora de maior consumo (1,5);
K3 – coeficiente da menor vazão do ano (0,5);
C – contribuição diária de esgoto (235,6 L hab-1 d-1);
N – número de habitantes (3300);
CR – coeficiente de retorno (0,8)
Cálculos das vazões:
Cálculo de Q infiltração : segundo NBR 9649/86 – ABNT quando não se sabe as condições da tubulação , adota-se de 0,5 à 1 L s-1 . 
Adotando 0,5 L s-1 e 2 km:
Q infiltração: 0,5 L s-1 x 2 km = 1,0 Ls-1 = 86400 L d-1.
Qméd = (235,6 L hab-1 dia-1 x 3300 hab x 0,8) + 86400 L d-1 = 708384 L d-1 = 708,384m3 d-1 =8,20 L s-1
Qmáx = 1,2 x 1,5 x Qméd = 1275091,2 L d-1 = 1275,0912 m3 d-1=14,76 L s-1
Qmín = 0,5 x Qméd = 354192 L d-1 = 354,192 m3 d-1= 4,1 L s-1 . 
2.1.1-Gradeamento
É importante que os sólidos sejam retirados nessa fase para proteger as demais etapas de tratamento, as bombas e tubulações. 
De acordo com a NBR 12.209/11, a vazão de dimensionamento das grades deve ser a vazão máxima afluente à unidade, sendo esta de 14,76 L/s . Para a vazão mencionada é usual a utilização de barra inclinada. De acordo com a NBR 12.209/11, a inclinação deve estar entre 45° à 60°. Foi adotado para o dimensionamento grades finas de limpeza manual com ângulo de inclinação de 45°, espaçamento de 10 mm, espessura da barra de 6 mm (JORDÃO E CONSTANTINO, 2011).
Eficiência da grade: E = = 0,625
Velocidade de passagem (vp) – entre 0,6 e 1,2 m s-1 – adotado 0,6 m s-1
- Área útil (A)
Au = = =0,0328 m²
- Seção do canal (S):
S = = = 0,05248 m2
- Velocidade de aproximação (vo):
vo = = = 0,28125m s-1
- Largura da grade (bc):
bc= = = 0,3386 m , adotar largura = 40 cm
- Número de barras (n):
n = 25 barras 
- Perda de carga (hf): C = 0,6 para 50% de obstrução
hf = = = 0,062m < 0,15m (de acordo com a NBR 12.209/11, a perda de carga máxima para permitir o fluxo normal dos esgotos a ser considerada no cálculo para grades de limpeza manual é de 0,15 m) 
- Comprimento entre a grade e a caixa de areia (Lc):
Lc = x 3s = x 3 = 0,84375m ≈ 85 cm
Hgrade = Hmáx + hf + folga 
Hgrade = 0,155+0,01 + 0,2 =0,365 , considerar 40 cm .
2.1.2-Calha Parshall
É nescessário que tenha após a grade um medidor de vazão, um método conhecido e utilizado para este fim é uma calha de dimensões conhecidas (ex: calha Parshall), onde o valor medido do nível do líquido pode ser correlacionado com a vazão (VON SPERLING, 2009).
	
De acordo com as vazões máxima e mínima de projeto, a calha de garganta de 3 polegadas é a ideal (W = 3”).
	 Dimensões
	A
	B
	C
	D
	E
	F
	G
	K
	L
	N
	(mm)
	467
	457
	179
	256
	356
	152
	305
	25
	914
	57
- Altura da lamina líquida na calha (H):
H = , com K = 633,60 e n = 1,47.
 Assim temos os seguintes valores para as alturas:
Hmáx = 0,20m;
Hméd = 0,1377m ; e
Hmín = 0,088m .
 Z = 0,045m
2.1.3-Desarenador
É importante acoplar uma caixa rebaixada para retirar sólidos sedimentáveis fixos (SSF) por sedimentação que a grade ou peneira não removeu, que em geral é areia, pedrisco, cascalho, ou até mesmo algum material orgânico como folhas ou tocos de madeira. Essa caixa é chamada de caixa de areia ou desarenador. 
Diâmetro da partícula do projeto (D): será considerado tamanho típico da partícula de 0,2 mm e densidade de 2,65 característicos da areia, de acordo com a NBR 12.209/11.
- Altura da caixa de areia (h):
h= H – Z ( dados da Calha Parshal)
hmáx =0,155 m
hméd = 0,095 m
hmín = 0,043 m
- Comprimento da caixa de areia (L):
L = 22,5 hmáx = 22,5 x 0,155 = 3,4875 m ≈ 3,5m
- Largura da caixa de areia (b): 
adotando vH de 0,3m s-1
b= Qmáx/(vH x hmáx) = 0,01476 m3s-1/(0,3 x 0,155) = 0,3174 m ≈ 0,35 m
- Área superficial da caixa (As):
As = L x b = 1,105m2
- Taxa de aplicação superficial (TAS): deve estar entre 600 e 1300 m3 m-2 d-1
TAS = = = 1153,3 m3 m-2 d-1 
- Adotando intervalo de limpeza de 7 dias :
Massa de areia = SSF x Qmed
M areia = 0,06 kg m-3 x 708,384 m³ d-1 = 42,50 Kg d-1 
ρareia = 2,65 kg L-1
Volume da areia: v =M / ρareia = (42,5/2,65) x 7 = 112,3L = 0,1123 m³ 
Altura da areia: hareia = = = 0,1016 m
Folga adotada = 0,05m
Altura final do desarenador (Hf):
Hf = hmáx + hareia + FOLGA = 0,155 + 0,1016 + 0,1934 = 0,45 m
2.2 - Tratamento primário 
Após o tratamento preliminar temos então o tratamento primário para sedimentação do lodo e reduzir a matéria orgânica para o tratamento biológico posterior. É importante salientar que neste tratamento usaremos o Tanque Imhoff para este fim, mas ele também pode ser usado como tratamento biológico aumentando o tempo de residência da água residuária. 
 2.2.1 -Tanque Imhoff 
O Tanque Imhoff tem este nome em homenagem ao engenheiro alemão especializado em água Karl Imhoff (1876-1965) e foi criado por volta de 1925, e até hoje ele é usado em grandes instalações devido a principalmente sua simplicidade e baixo custo de instalação e operação comparado a outros tratamentos primários.  
Para cada 1500 a 2000 habitantes usa um taque com diâmetro de 5 a 7 m (Segundo Azevedo Neto).
 Considerar, portanto, 2 tanques Imhoff para tratamento preliminar de 1650 habitantes/tanque com diâmetro de 6 metros cada. 
A determinação do volume útil do tanque Imhoff é obtida seguindo o processo de cálculo abaixo (Segundo Azevedo Neto):
V =V1 + V2 + V3
Sendo:
V1 – Volume da câmara de decantação:
V1 = N x C x T
V1 = 1650 hab x188,48 l L hab-1dia-1 x 1/12 dia = 25916 L =25,91 m3
V2 – Volume decorrente do período de armazenamento do lodo:
V2 = R1 x N x Lf x Ta =
V2 = 0,25 x 1650 hab x 1 L hab-1dia-1 x 300 dia = 123750 L = 123,75 m³
V3- Volume correspondente ao lodo em digestão
V3 = R2 x N x Lf x Td
V3 = 0,5 x 1650 hab x 1 L hab-1dia-1x60 dia = 49500 L = 49,5 m³
V= 25,91 m³ + 123,75 m³+ 49,5 m³ = 199,16 m³
Onde:
N = número de contribuintes;
C = contribuição de despejos em litro/pessoa/dia (Segundo COPASA Guaraciaba: 235,6 L hab-1 d -1 x 0,8 (CR) = 188,48 L hab-1 d -1 ) ;
 T = período de retenção em dias (2 horas = 1/12 dia); 
Ta = período de armazenamento de lodo em dias.
 Prevendo-se a limpeza anual do tanque. Ta = 360 – Td = 300 dias 
Td = período de digestão de lodo em dias. Aproximadamente 60 dias;
 Lf = contribuição de lodos frescos p/ pessoa/dia (Segundo ABNT-NBR – 7229/93 é 1 L hab-1 d-1); 
R1 = 0,25 – coeficiente de redução do lodo digerido;
R2 = 0,50 – coeficiente de redução do lodo em digestão.
Dimensionamento dos compartimentos interiores de cada tanque: 
Largura da câmara de sedimentação: b = 0,6D = 3,6 m
Altura da parte de seção triangular: h2 =0,625b = 2,25m
Volume da câmara de sedimentação: Vs= 0,02 P = 33m³
Volume da parte superior:
V1= Vs – V2
Volume da parte inferior 
V2 = x(h2 – 0,45) D = 23,328 m³
Secção retangular 
h1= = 0,45m
Volume da câmara de digestão para tratamento primário 
Vd = 0,05P = 82,6m³
Altura do cone inferior
H3= D/4 = 1,5m
Parte cônica 
V3= πD³/48 = 14,13 m³
Parte cilíndrica 
V4= Vd – V3= 68,47 m³
h4 = 4 V4/πD² = 2,42
Altura total do tanque Imhoff 
H = 0,95 + h1 + h2 + h3 + h4= 0,95 + 0,45 + 1,5 + 2,45 = 7,60 m 
Considerações para o projeto: a tubulação para retirado de lodo deve ter 0,2 m de diâmetro, o lodo deve ser removido anualmente e destinado a um leito de secagem apropriado. 
2.3– Tratamento biológico 
O tratamento biológico é um processo por meio do qual a matéria orgânica presente nos efluentes industriais é degradada e digerida por microrganismos. Esse tipo de tratamento é extremamente vantajoso, já que, com a carga orgânica reduzida, o enquadramento nos parâmetros legais para descarte em córregos ou redes coletoras torna-se mais fácil. 
2.3.1 – Filtro anaeróbio 
Filtros anaróbios são tanques com leito de pedras ou outro material suporte para desenvolvimento de microrganismos. Nele temos ação metabólica dos microrganismos do biofilme (que é formado na superfície do material suporte, nesse caso brita 4) sobre a matéria dissolvida. Os filtros anaeróbios não consomem energia, removem matéria orgânica dissolvida, têm baixa produção de lodo, resistem bem às variações de vazão afluente, a construção e operação são simples, não necessitam de lodo inoculador nem recirculação de lodo. 
Seguindo norma NB-41 da ABNT, segue os cálculos do filtro anaeróbio : 
Volume útil do filtro:
V = 1,60 N C T 
Em que N = número de habitantes (3300 hab ) ; C = contribuição de despejos ( 188,480L hab-1 d-1); e, T = tempo de detenção ( d ) 
Segundo ABNT-NBR 7229 (1993) T = 0,5 d . 
V = 1,60 x 3300 hab x 188,48 l L hab-1dia-1 x 0,5 d = 497587,2 L = 497,6 m³ 
 Seção Horizontal ( S )
 S =V/1,3= 497,6/1,3 = 382,76 m²
onde:
V = Volume útil calculado em m³
S = Área da seção horizontal em m²
L = S1/2 = 19,56 m ≈ 20 m 
Assim, serão adotados 4 filtros anaeróbios quadrados (2 filtros para tratamento do afluente provindo de cada tanque Imhoff) de 10 m de lado e 1,80 m de altura total. 
Observação importante : na construção do Filtro Anaeróbio deve-se ter um denível em relação ao Tanque Imhoff de no mínimo 10 cm (o nível da saída do efluente do filtro deve estar no mínimo 10 cm abaixo do nível de saída do tanque séptico); e o fundo falso deve conter perfurações para passagem do efluente de 3 cm de diâmento espaçados de 15 cm entre si. 
Ainda Segundo a ABNT os filtros anaeróbios tem uma eficiência de 70 a 90 % na remoção de DBO, sendo esta considerada após 3 meses o início de operação para ser considerado estabilizado o processo. 
Como o efluente chega ao filtro com uma DBO de 100 mg L-1, e considerando uma efiência segundo a ABNT de 80% , teremos no efluente uma DBO de 20 mg L-1, que já atende as normas da Resolução CONAMA nº 357 para lançamento de efluentes em cursos d’água. 
2.3.2 – Escada de aeração 
Define-se escada de aeração ou aeração em cascata uma forma de aerar a água residuária aproveitando do relevo local . Considera-se para o local da ETE GUARACIABA um desnível de 20 metros até o rio Priranga onde será lançado o efluente. 
Segundo Barret (1960), citado por METCALF E EDDY ( 2003), a altura requerida da escada pode ser calculada usando as seguintes equações : 
H = 
R= (Cs’-Ca) / (Cs’-Ce)
Cs = 14,652 – 4,1022 x 10-1x T + 7,9910 x 10-3 x T² - 7,774 x 10-5x T³
Cs’= (1 – A / 9450) x Cs 
Em que :
R = razão de déficit
Cs’= concentração de saturação de oxigênio dissolvido conforme a temperatura tendo a altitude corrigida, mg L-1
Ca e Ce = concentração de oxigênio dissolvido do afluente e efluente , respectivamente mg L-1
a = parâmetro de qualidade da água para tratamento de água residuária (0,8)
b = parâmetro relacionado a geometria (1,0)
T = temperatura da água residuária, ºC
Em que 
Cs = concentração de saturação de oxigênio dissolvida sendo corrigida com temperatura, mg L-1)
A= altitude, m
Como a altitude em Guaraciaba é de 548 m , e a temperatura média é de 17,5 ºC no mês mais frio (julho) , a temperatura da água residuária consideraremos 20 ºC .
Assim temos 
Cs = 9,02208 mg L-1
Cs’= 8,47025 mg L-1
Para as condições de relevo do local de projeto, teremos disponível uma altura de 20 metros, assim, será então construída uma escada de 100 degraus com 0,2 m de altura e comprimento de 0,30 m . A largura aconselha-se de 0,6 m, visto que na escada de aeração é previsto o desprendimento de gases de odor forte e característico de esgoto. Caso isso venha a ser problema, existem manilhas comerciais desse tamanho que são ideais para cobrir toda esta escada. 
 Os teores de oxigênio dissolvido em esgoto são normalmente nulos ou próximos a zero devido à grande quantidade de matéria orgânica presente, implicando em um elevado consumo de oxigênio pelos microrganismos decompositores. Assim, adota-se usualmente, nos cálculos de autodepuração, o OD do esgoto como zero.
Portanto : 
H = = 20 = 
Assim , R=12
R= (Cs’-Ca) / (Cs’-Ce) = 12 = (8,47025 – 0) / (8,47025 – Ce)
Ce = 7,7643 mg L-1.
Segundo Matos a eficiência em escada de aeração desse porte na remoção de DBO é em torno de 60 à 70 %. Se considerarmos então a eficiência de 60 %, visto que a DBO do afluente era de 20 mg L-1 teremos um efluente de 8 mg L-1 o que é ótimo pois está além do que exigem as normas da ABNT e a legislação CONOMA 375.
3 - Bibliografia : 
JORDÃO, EDUARDO PACHECO E CONSTANTINO, ARRUDA PESSÔA (2011),
Tratamento de Esgotos Domésticos. 6 edição – Rio de Janeiro.
CONAMA nº 357, 2005. Artigo nº 2. 
NBR 7.229:1997, Projeto, Construção e Operação de Sistemas de Tanques Sépticos, 2° edição,ABNT.
NBR 12.209:2011, Elaboração de Projetos Hidráulico-Sanitários de Estações de Tratamento de Esgotos Sanitários, 2° edição, ABNT.
VON SPERLING, M. Principios do tratamento biológico de águas residuárias. Vol I. Introdução à qualidade das águas e ao tratamento de esgotos. Departamento de Enegnharia Sanitária e Ambiental – UFMG. 3ª ed. 2005. 452 p. 
Sites:
 COPASA
www.copasa.com.br
IBGE 
https://cidades.ibge.gov.br/v4/brasil/mg/guaraciaba/panorama