Lodos Ativados Von Sperling

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LODOS ATIVADOSLODOS ATIVADOS
Marcos von SperlingMarcos von Sperling
Universidade Federal de Minas Gerais
LODOS ATIVADOSLODOS ATIVADOS
Programa
• Visão geral do processo de lodos ativados
• Princípios da remoção da matéria carbonácea
• Dimensionamento do reator biológico
• Controle dos sólidos do sistema
• Sistemas de aeração
• Dimensionamento e controle do decantador secundário
• Remoção biológica de nutrientes
FUNDAMENTOS DO PROCESSOFUNDAMENTOS DO PROCESSO
Unidades básicas
LODOS ATIVADOSLODOS ATIVADOS
ETE Morro Alto - MG
COPASA, 10.000 hab
tanque de
aeração
decantador
secundário
LODOS ATIVADOSLODOS ATIVADOS
ETE Arrudas - BH
COPASA, 700.000 hab
tanque de
aeração
decantador
secundário
LODOS ATIVADOSLODOS ATIVADOS
ETE Sul - Brasília CAESB, 330.000 hab
Lagoa
Paranoá
LODOS ATIVADOSLODOS ATIVADOS
ETE na Alemanha (inverno)
VARIANTES DO PROCESSOVARIANTES DO PROCESSO
Tipos de variantes
• Divisão quanto à idade do lodo
• Lodos ativados convencional
• Aeração prolongada
• Divisão quanto ao fluxo
• Fluxo contínuo
• Fluxo intermitente (batelada)
• Divisão quanto ao afluente à etapa biológica do sistema de lodos ativados
• Esgoto bruto
• Efluente de decantador primário
• Efluente de reator anaeróbio
• Efluente de outro processo de tratamento de esgotos
VARIANTES DO PROCESSOVARIANTES DO PROCESSO
Aeração prolongada - fluxo contínuo
LODOS ATIVADOSLODOS ATIVADOS
Reator aeróbio
Aeração mecânica Ar difuso
LODOS ATIVADOSLODOS ATIVADOS
Decantador secundário
Circular, com
remoção
mecanizada
do lodo
Retangular, sem
remoção
mecanizada
do lodo
VARIANTES DO PROCESSOVARIANTES DO PROCESSO
Lodos ativados convencional - fluxo contínuo
VARIANTES DO PROCESSOVARIANTES DO PROCESSO
Lodos ativados convencional - fluxo contínuo
Utilização de decantadores primários
LODOS ATIVADOSLODOS ATIVADOS
Fluxo intermitente
ETE em um condomínio
(NA variável no reator)
ETE Riacho Fundo - DF
(3 reatores aeróbios e
um digestor aeróbio)
VARIANTES DO PROCESSOVARIANTES DO PROCESSO
Sistema UASB - lodos ativados
LODOS ATIVADOSLODOS ATIVADOS
Reator UASB - lodos ativados
Vantagens:
• Substancial redução da produção de lodo
• Substancial redução no consumo de energia
• Pequena redução no volume total das unidades
• Redução no consumo de produtos químicos para desidratação
• Menor número de unidades diferentes a serem implementadas
• Menor necessidade de equipamentos
• Maior simplicidade operacional
Desvantagem:
• Menor capacitação para remoção biológica de nutrientes 
(N e P)
LODOS ATIVADOSLODOS ATIVADOS
Reator UASB - lodos ativados
Lodos ativados
Reator UASB
ETE Rio Claro – SP
LODOS ATIVADOSLODOS ATIVADOS
Reator UASB - lodos ativados
REC.AG.UTIL
DE LODO (AMPLIAÇÃO)
ÁREA DE DEPÓSITO
SIST. DE
C
A
N
A
L 
D
O
 E
F L
U
E
N
T E
PARSHALL
DE LODO
ÁREA DE DEPÓSITO
E SECAGEM DE LODO
SISTEMA DE ADENSAMENTO
SUB ESTAÇÃO
SECUND.-4
DECANT.
DECANT.
SECUND.-3
RESERV. ELEVADO
GRADEAM
ENTO
DECANT
.
SECUND
. - 2
ALMOXARIFADO
LABORATÓRIO
ADMINISTRAÇÃO DESAREN
ADOR
SUB EST
AÇÃO
SECUND
. - 1DE
CANT.
TANQUE
 DE AER
AÇÃO N
º 1
TANQUE
 DE AER
AÇÃO N
º 2
TANQUE DE AERAÇÃO Nº 4
(2ª ETAPA)
TANQUE DE AERAÇÃO Nº 3
CDV-1
Tanque de
Equalização
Reator UASBTanque de Lodos Ativados
Dec 1
Dec 2
ETE Botucatu – SP (100.000 hab) – conversão de aeração prolongada para USB-LA
COMPARACOMPARAÇÇÃO ENTRE VARIANTES DO PROCESSOÃO ENTRE VARIANTES DO PROCESSO
Item geral Item específico Modalidade
Convencional Aeração prolongada UASB – lodos ativados
Idade do 
lodo Idade do lodo (d) 4 - 10 18 - 30 6 - 10
Relação 
A/M
Relação A/M 
(kgDBO/kgSSVTA.d) 0,25 a 0,50 0,07 a 0,15 0,25 a 0,40
DBO (%) 85 - 95 93 - 98 85 – 95
DQO (%) 85 - 90 90 - 95 83 - 90
Sólidos em suspensão (%) 85 - 95 85 - 95 85 - 95
Amônia (%) 85 - 95 90 - 95 75 – 90
Nitrogênio (%) (1) 25 - 30 15 - 25 15 – 25
Fósforo (%) (1) 25 - 30 10 - 20 10 - 20
Coliformes (%) 60 - 90 70 – 95 70 – 95
Área 
requerida Área (m
2/hab) (2) 0,2 - 0,3 0,25 - 0,35 0,2 – 0,3
Volume 
total Volume (m
3/hab) (3) 0,10 – 0,15 0,10 – 0,15 0,10 – 0,12
Potência instalada (W/hab) 2,5 – 4,5 3,5 – 5,5 1,8 – 3,5
Consumo energético 
(kWh/hab.ano) 18 - 26 20 – 35 14 – 20
A ser tratado - (L lodo/hab.dia) 3,5 – 8,0 3,5 – 5,5 0,5 – 1,0
A ser disposto (L lodo/hab.dia) 0,10 – 0,25 0,10 – 0,25 0,05 – 0,15
A ser tratado - (g ST/hab.dia) 60 - 80 40 - 45 20 – 30
A ser disposto (g ST/hab.dia) 30 - 45 40 - 45 20 – 30
Implantação (R$/hab) 80 - 150 70 – 120 60 – 100
Operação (R$/hab.ano) 10 – 18 10 - 18 7 – 12Custos
Massa de 
lodo
Volume de 
lodo (5)
Energia (4)
Eficiência 
de remoção
LODOS ATIVADOSLODOS ATIVADOS
UASB – LA comparado com UASB-FBP (filtro biológico percolador)
VOLUME DE CONCRETO
0
2.000
4.000
6.000
8.000
10.000
V
o
l
u
m
e
 
(
m
3
)
Dec.sec. 2.865 2.493
Reator aeróbio 2.352 6.064
LAconv FBP escória
POTÊNCIA INSTALADA PARA AERAÇÃO
2500
0
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
LAconv FBP escória
P
o
t
ê
n
c
i
a
 
(
C
V
)
VOLUME DIÁRIO DE LODO A SER DISPOSTO
86
76
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
LAconv FBP escória
V
o
l
u
m
e
 
(
m
3
/
d
)ETE para 1.000.000 hab
LA – com nitrificação
FBP – sem nitrificação
LODOS ATIVADOSLODOS ATIVADOS
UASB – LA comparado com UASB-FBP
CUSTOS ANUAIS DE OPERAÇÃO
0
500.000
1.000.000
1.500.000
2.000.000
2.500.000
C
u
s
t
o
 
(
R
$
/
a
n
o
)
Aeração 1.829.118 0
Disposição lodo 470.850 416.100
LAconv FBP escória
CUSTOS DE IMPLANTAÇÃO
0
5.000.000
10.000.000
15.000.000
C
u
s
t
o
 
(
R
$
)
Distrib. FBP 0 1.476.000
Remov . lodo 1.920.000 2.048.000
Meio suporte FBP 0 660.129
Aeração 5.727.500 0
Concretagem 5 704 064 9 543 961
LAconv FBP escória
CUSTOS (VALOR PRESENTE)
0
5.000.000
10.000.000
15.000.000
20.000.000
25.000.000
30.000.000
C
u
s
t
o
 
(
R
$
)
Operação 12.995.334 2.351.058
Implantação 13.351.564 13.728.090
LAconv FBP escória
CUSTOS POR kgDBO(C+N) REM
(VALOR PRESENTE)
0,08
0,260,08
0,04
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
0,30
0,35
LAconv FBP escória
C
u
s
t
o
s
 
(
R
$
/
k
g
D
B
O
)
Oper (R$/kg)
Impl (R$/kg)
TRATAMENTO DO LODOTRATAMENTO DO LODO
Fluxogramas usuais
ADENSAMENTOFASE LÍQUIDA DIGESTÃO DISPOSIÇÃO FINALDESIDRATAÇÃO HIGIENIZAÇÃO
ATERRO SANITÁRIO
ATERRO SANITÁRIO
ADENSADOR
GRAVIDADE
DIGESTOR
ANAERÓBIO
INCINERAÇÃO
ADENSADOR
POR GRAVIDADE
APLICAÇÃO NO SOLO
APLICAÇÃO NO SOLO
REUSO NÃO AGRÍCOLA
APLICAÇÃO NO SOLO
LODOS ATIVADOS
CONVENCIONAL
LODOS
ATIVADOS
(AERAÇÃO
PROLONGADA)
DESIDRATAÇÃO
MECANIZADA
DESIDRATAÇÃO
MECANIZADA
ADENSAMENTO
MECANIZADO
ADENSAMENTO
MECANIZADO
DIGESTOR
AERÓBIO
DESIDRATAÇÃO
MECANIZADA
DESIDRATAÇÃO
MECANIZADA
LEITO DE
SECAGEM
LEITO DE
SECAGEM
DESIDRATAÇÃO
MECANIZADA
DESIDRATAÇÃO
MECANIZADA
ADIÇÃO
DE CAL
ADIÇÃO
DE CAL
TRATAMENTO DO LODOTRATAMENTO DO LODO
Adensamento
TRATAMENTO DO LODOTRATAMENTO DO LODO
Digestão
Digestão
aeróbia
Digestão
anaeróbia
TRATAMENTO DO LODOTRATAMENTO DO LODO
Desaguamento
Leito de secagem Desaguamento mecanizado
REMOREMOÇÇÃO DA MATÃO DA MATÉÉRIA CARBONRIA CARBONÁÁCEACEA
Balanço de sólidos e substrato
Sistema sem decantação secundária e sem recirculação de lodo
So = concentração de substrato,ou DBO, afluente (mg/l ou g/m3)
S = concentração de substrato, ou DBO, efluente (mg/l ou g/m3)
Q = vazão (m3/d)
X = concentração de sólidos em suspensão no reator (mg/l ou g/m3)
Xo = concentração de sólidos em suspensão afluente (mg/l ou g/m3)
V = volume do reator (m3)
REMOREMOÇÇÃO DA MATÃO DA MATÉÉRIA CARBONRIA CARBONÁÁCEACEA
Balanço de sólidos e substrato
Sistema com decantação secundária e sem recirculação de lodo
Xe = concentração de sólidos em suspensão efluente (mg/l ou g/m3)
REMOREMOÇÇÃO DA MATÃO DA MATÉÉRIA CARBONRIA CARBONÁÁCEACEA
Balanço de sólidos e substrato
Sistema com decantação secundária e com recirculação de lodo
Qr = vazão de recirculação (m3/d)
Qex = vazão de lodo excedente (m3/d)
Xr = concentração de sólidos em suspensão no lodo recirculado (mg/l ou g/m3)
REPRESENTAREPRESENTAÇÇÃO DA BIOMASSAÃO DA BIOMASSA
Floco de lodo ativado
bactérias formadoras
de floco
protozoários
partículas coloidais
aderidas
bactérias filamentosas
(estrutura rígida do floco)
matriz de polissacarídeos
FLOCO DE LODO ATIVADO
REPRESENTAREPRESENTAÇÇÃO DA BIOMASSAÃO DA BIOMASSA
Representação dos sólidos em suspensão
Quanto à biodegradabilidade:
1.Sólidos em suspensão 
voláteis biodegradáveis (SSb
ou Xb)
2.Sólidos em suspensão 
voláteis inertes ou não 
biodegradáveis (SSnb ou Xnb)
Quanto à atividade:
1.Sólidos em suspensão 
voláteis ativos (SSa ou Xa)
2.Sólidos em suspensão 
voláteis não ativos (SSna ou 
Xna)
Quanto à fração orgânica
Sólidos em suspensão 
inorgânicos (fixos)
(SSi ou Xi)
Sólidos em suspensão 
orgânicos (voláteis)
(SSV ou Xv)
Sólidos em 
suspensão totais 
(SS ou X)
TEMPO DE DETENTEMPO DE DETENÇÇÃO HIDRÃO HIDRÁÁULICA E IDADE DO LODOULICA E IDADE DO LODO
Sistema sem recirculação de sólidos
 tempode unidadepor sistema do retirado líquido de volume
sistema no líquido de volume = hidráulica detenção de tempo
t = V
Q
idade do lodo = 
massa de sólidos no sistema
massa de sólidos retirada do sistema por unidade de tempo
θc = VQθc
V
V
 = X V
X Q
.
. t c= θ
TEMPO DE DETENTEMPO DE DETENÇÇÃO HIDRÃO HIDRÁÁULICA E IDADE DO LODOULICA E IDADE DO LODO
Sistema com recirculação de sólidos
 tempode unidadepor sistema do retirado líquido de volume
sistema no líquido de volume = hidráulica detenção de tempo
t = V
Q
idade do lodo = 
massa de sólidos no sistema
massa de sólidos retirada do sistema por unidade de tempo
θc v
ex vr
X V
Q X
= .
. t c< θComo Qex << Q:
REMOREMOÇÇÃO DA MATÃO DA MATÉÉRIA CARBONRIA CARBONÁÁCEACEA
Produção de sólidos biológicos
PXV = Y.Q.(So-S)
carga de DBO removida (kg/d)
Produção
bruta
Y = 0,5 a 0,7 gSSV/gDBO5 remov
Q = vazão média afluente (m3/d)
So = DBO total afluente ao reator biológico (mg/L)
S = DBO solúvel efluente do reator biológico (mg/L)
REMOREMOÇÇÃO DA MATÃO DA MATÉÉRIA CARBONRIA CARBONÁÁCEACEA
Produção de sólidos biológicos
PXV = Y.Q.(So-S) – Kd.fb.XV.V
massa de sólidos biodegradáveis (kg)
Produção
líquida
Produção
bruta - Decaimento=
c
 = θ.K0,2.+1
8,0 f
db
Y = 0,5 a 0,7 gSSV/gDBO5 remov
Kd = 0,06 a 0,10 gSSV/gSSV.d
Idade do 
lodo (d) 4 8 12 16 20 24 28 32
fb 0,75 0,71 0,67 0,64 0,61 0,58 0,55 0,53
(para
Kd = 0,08d-1)
REMOREMOÇÇÃO DA MATÃO DA MATÉÉRIA CARBONRIA CARBONÁÁCEACEA
Influência da idade do lodo na relação SSV/SS
Relação SSV/SS no reator
Idade do lodo (d)
0,6
0,7
0,8
0,9
1
0 5 10 15 20 25 30
Obs: aumento da idade do lodo 
Æ diminuição da relação A/M
Relação SSV/SS no reator
(kg/kg)
SS no Decant. Coeficientes Idade do lodo (d) 
afluente primária Y (g/g) Kd (d-1) 2 6 10 14 18 22 26 30 
Não Não 0,5-0,7 0,07-0,09 0,89 0,87 0,85 0,84 0,83 0,82 0,81 0,81 
Sim Sim 0,5-0,7 0,07-0,09 0,79 0,76 0,75 0,73 0,72 0,71 0,71 0,71 
Sim Não 0,5-0,7 0,07-0,09 0,75 0,73 0,71 0,70 0,69 0,69 0,68 0,68 
 
REMOREMOÇÇÃO DA MATÃO DA MATÉÉRIA CARBONRIA CARBONÁÁCEACEA
Concentração de sólidos em suspensão no reator
(Xv ou SSVTA)
v
o
d b c
cX = 
Y.(S - S)
1+ K .f .
.(
t
)θ
θ
Sistema sem recirculação de sólidos: θc = t Æ Xv pequenoÆ V grande
Sistema com recirculação de sólidos: θc > t Æ Xv grandeÆ V pequeno
REMOREMOÇÇÃO DA MATÃO DA MATÉÉRIA CARBONRIA CARBONÁÁCEACEA
Volume do reator
Cálculo com base na idade do lodo
)θ.f.K+.(1X
S)-.Q.(SY.θ = V
cbdv
oc
Idade do lodo:
•lodos ativados convencional: 4 a 10 dias
•aeração prolongada: 18 a 30 dias
Concentração de SSVTA (Xv):
•lodos ativados convencional: 1500 a 3500 mg/L
•aeração prolongada: 2500 a 4000 mg/L
REMOREMOÇÇÃO DA MATÃO DA MATÉÉRIA CARBONRIA CARBONÁÁCEACEA
Influência da idade do lodo no volume do reator
Massa de SSV (Xv.V) por DBO remov. (Sr)
Idade do lodo (d)
0
2
4
6
8
10
0 5 10 15 20 25 30
Volume relativo do reator: Xv.V/Sr (kgSSV por kgDBO/d)
SS no Decant. Coeficientes Idade do lodo (d) 
afluente primária Y (g/g) Kd (d-1) 2 6 10 14 18 22 26 30 
- - 0,5 0,09 0,88 2,16 3,11 3,88 4,55 5,15 5,71 6,24 
- - 0,6 0,08 1,07 2,67 3,87 4,85 5,70 6,47 7,17 7,84 
- - 0,7 0,07 1,26 3,21 4,69 5,92 6,98 7,93 8,80 9,62 
 
REMOREMOÇÇÃO DA MATÃO DA MATÉÉRIA CARBONRIA CARBONÁÁCEACEA
Volume do reator - cálculo com base na relação A/M
A
M
 = Q.S
V.X
0
v
(A/M) .X
1000 x DBO carga
(A/M) .X
S . QV
v
LA afluente
v
o ==
Relação A/M:
•lodos ativados convencional: 0,3 a 0,5 kgDBO/kgSSVTA.d
•aeração prolongada: 0,10 a 0,18 kgDBO/kgSSVTA.d
Concentração de SSVTA (Xv):
•lodos ativados convencional: 1500 a 3500 mg/L
•aeração prolongada: 2500 a 4000 mg/L
REMOREMOÇÇÃO DA MATÃO DA MATÉÉRIA CARBONRIA CARBONÁÁCEACEA
Relação entre idade do lodo e A/M
Relação A/M em função da idade do lodo
0,00
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
0,70
0,80
0,90
1,00
1,10
1,20
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30
Idade do lodo (d)
R
e
l
a
ç
ã
o
 
A
/
M
 
(
k
g
D
B
O
/
k
g
S
S
V
.
d
)
Y=0,5; Kd=0,09d-1
Y=0,6; Kd=0,08d-1
Y=0,7; Kd=0,07d-1
Relação A/M (kgDBO5/kgSSV.d) em função da idade do lodo (d) (assumindo E=0,95)
Idade do lodo (d)
Y (g/g) Kd (d-1) 2 4 6 8 10 18 20 22 24 26 28 30
0,5 0,09 1,20 0,67 0,49 0,40 0,34 0,23 0,22 0,20 0,19 0,18 0,18 0,17
0,6 0,08 0,99 0,54 0,39 0,32 0,27 0,18 0,17 0,16 0,15 0,15 0,14 0,13
0,7 0,07 0,83 0,46 0,33 0,26 0,22 0,15 0,14 0,13 0,13 0,12 0,11 0,11
REMOREMOÇÇÃO DA MATÃO DA MATÉÉRIA CARBONRIA CARBONÁÁCEACEA
Principais parâmetros de projeto
Idade do lodo:
• lodos ativados convencional: θc = 4 a 10 dias
• aeração prolongada: θc = 18 a 30 dias
Tempo de detenção hidráulica:
• lodos ativados convencional: t = 6 a 8 horas (< 0,3 dias)
• aeração prolongada: t = 16 a 24 horas (0,67 a 1,0 dias)
Relação A/M:
• lodos ativados convencional: A/M = 0,3 a 0,8 kgDBO5/kgSSV.d
• aeração prolongada: A/M = 0,08 a 0,15 kgDBO5/kgSSV.d
Concentração de SSVTA:
• lodos ativados convencional: Xv = 1.500 a 3.500 mgSSV/l
• aeração prolongada: Xv = 2.500 a 4.000 mgSSV/l
REMOREMOÇÇÃO DA MATÃO DA MATÉÉRIA CARBONRIA CARBONÁÁCEACEA
DBO solúvel e DBO particulada efluente
DBO5 total = DBO5 solúvel + DBO5 particulada 
a) DBO total (mg/l): usual 10 a 30 mg/l (para projeto)
b) DBO particulada (mg/l): função da concentração de SS no efluente final
DBO5 dos SS efluentes (mgDBO5/mgSS) = (SSV/SS).fb
Lodos ativados convencional: 0,45 a 0,65 mgDBO5/mgSS
Aeração prolongada: 0,25 a 0,50 mgDBO5/mgSS
SS efluente : 20 a 30 mg/l (para projeto)
c) DBO solúvel (mg/l) = DBO total (mg/l) – DBO particulada (mg/l)
LODOS ATIVADOS CONVENCIONALLODOS ATIVADOS CONVENCIONAL
E AERAE AERAÇÇÃO PROLONGADAÃO PROLONGADA
Parâmetros de projeto - Reator biológico
Parâmetro Lodos
ativados
convencional
Aeração
prolongada
Idade dolodo (d) 4 - 10 18 - 30
Relação A/M (kgDBO5/kgSSVTA.d) 0,3 - 0,8 0,08 - 0,15
Concentração de SSVTA (mg/l) 1500 - 3500 2500 - 4000
SS efluente (mg/l) 10 - 30 10 - 30
Razão de recirculação (Qr/Q) 0,6 - 1,0 0,8 - 1,2
Concentração média de OD no reator (mg/l) 1,5 - 2,0 1,5 - 2,0
Tempo de detenção hidráulica (h) 6 - 8 16 - 24
Concentração de SSTA (mg/l) 2000 - 4000 3500 - 5000
Relação SSV/SS no reator (-) 0,70 - 0,85 0,60 - 0,75
Fração biodegradável dos SSVTA (fb) (-) 0,55 - 0,70 0,40 - 0,65
DBO5 solúvel efluente (mg/l) 5 - 20 1 - 4
DBO5 dos SS efluentes (mgDBO5/mgSS) 0,45 - 0,65 0,20 - 0,50
LODOS ATIVADOS CONVENCIONALLODOS ATIVADOS CONVENCIONAL
E AERAE AERAÇÇÃO PROLONGADAÃO PROLONGADA
Parâmetros de projeto - Reator biológico
Parâmetro Lodos
ativados
convencional
Aeração
prolongada
Produção de SSV por DBO5 removida (kgSSV/kgDBO5) 0,5 - 1,0 0,5 - 0,7
Produção lodo secundário por DBO5 removida (kgSS/kgDBO5) 0,7 - 1,0 0,9 - 1,1
Requisitos médios de O2 sem nitrificação (kgO2/kgDBO5) 0,7 - 1,0 -
Requisitos médios de O2 com nitrificação (kgO2/kgDBO5) 1,1 - 1,5 1,5 - 1,8
Requisitos de nutrientes - Nitrogênio (kgN/100kgDBO5) 4,3 - 5,6 2,6 - 3,2
Requisitos de nutrientes - Fósforo (kgP/100kgDBO5) 0,9 - 1,2 0,5 - 0,6
N remov. por DBO5 removida (kgN/100kgDBO5) 0,4 - 1,0 0,1 - 0,4
P remov. por DBO5 removida (kgP/100kgDBO5) 4 - 5 2,4
SISTEMA UASB SISTEMA UASB -- LODOS ATIVADOSLODOS ATIVADOS
Parâmetros de projeto - Reator biológico
Item Parâmetro Valor 
Idade do lodo (d) 6 a 10 
Relação A/M (kg DBO/kgSSVTA.d) 0,25 a 0,40 
Tempo de detenção hidráulica (h) 3 a 5 
Concentração de SSVTA (mg/L) 1100 a 1500 
Concentração de SSTA (mg/L) 1500 a 2000 
Tanque de 
aeração 
Relação SSV/SS no reator (-) 0,75 a 0,77 
Requisitos médios de O2 – demanda carbonácea (kgO2/kgDQO aplicada ao LA) 0,35 a 0,50 
Requisitos médios de O2 – demanda carbonácea (kgO2/kgDBO aplicada ao LA) 0,80 a 1,10 
Requisitos médios de O2 – demanda para nitrificação (kgO2/kgNTK aplicado ao LA) 3,8 a 4,3 
Requisitos médios de O2 – demanda para nitrificação (kgO2/kgN disponível) * 4,6 
Relação consumo máximo O2 / consumo médio O2 1,2 a 1,5 
Eficiência de oxigenação padrão (kgO2/kWh) 1,5 a 2,2 
Sistema de 
aeração 
Fator de correção: consumo O2 padrão / consumo O2 campo 1,5 a 1,8 
SISTEMA UASB SISTEMA UASB -- LODOS ATIVADOSLODOS ATIVADOS
Parâmetros de projeto
Item Parâmetro Valor
Produção de lodo aeróbio exced. (retornado ao UASB) (kgSS/kgDBO removida no LA) 0,78 – 0,90
Produção per capita de lodo aeróbio excedente (retornado ao UASB) (gSS/hab.d) 8 – 14
Concentração de SS no lodo retornado ao UASB (mg/L) 3000 – 5000
Eficiência de remoção de SSV do lodo aeróbio no reator UASB 0,25 – 0,45
Produção de lodo anaeróbio (kgSS/kgDBO aplicada ao UASB) 0,28 – 0,36
Produção per capita de lodo anaeróbio (gSS/hab.d) 14 – 18
Produção de lodo misto total (a ser tratado) (kgSS/kgDBO aplicada ao sistema) 0,40 – 0,60
Produção per capita de lodo misto total (a ser tratado) (gSS/hab.d) 20 – 30
Produção volumétrica per capita de lodo misto total (a ser tratado) (L/hab.d) 0,5 – 1,0
Produção de
lodo
Concentração do lodo misto (aeróbio + anaeróbio) retirado do UASB (%) 3,0 – 4,0
Produção per capita de SS no lodo a ser disposto (gSS/hab.d) 20 – 30
Produção per capita de SS no lodo a ser disposto (gSS/hab.d) 20 – 30
Produção volumétrica per capita de lodo a ser disposto (L lodo/hab.d) 0,05 – 0,15
Teor de sólidos (centrífuga, filtro prensa de correias) (%) 20 – 30
Teor de sólidos (filtro prensa) (%) 25 – 40
Tratamento
do lodo
Teor de sólidos (leito de secagem) (%) 30 – 45
PROJETO DAS UNIDADESPROJETO DAS UNIDADES
Configuração física do reator
Mistura completa
Fluxo em pistão,
alimentação escalonada
PROJETO DAS UNIDADESPROJETO DAS UNIDADES
Configuração física do reator
Valo de oxidação -
Carrossel
PROJETO DAS UNIDADESPROJETO DAS UNIDADES
Configuração física do reator
Geometria:
• aeração mecânica: função do processo, mas dependente do arranjo 
dos aeradores
• ar difuso: função do processo
Profundidade útil:
• aeração mecânica: 3,5 a 4,5 m
• ar difuso: 4,5 a 6,0 m
Borda livre: ~ 0,50 m
Paredes: taludadas ou não
Concreto:
• espessura paredes: 0,20 a 0,30 m
• espessura laje de fundo: ~ 0,30 m
• custo da concretagem (concreto, forma, ferragem): ~ R$1.100/m3
Entrada: submersa ou sem turbilhonamento
Saída: vertedores (fixos ou ajustáveis)
RECIRCULARECIRCULAÇÇÃO DE LODOÃO DE LODO
Razão de recirculação: R = Qr / Q (usual entre 0,6 a 1,2)
X-X
X = 
Q
Q = R
r
r
R
)1R(.XXr
+=
PRODUPRODUÇÇÃO DE LODOÃO DE LODO
Lodo a ser tratado
Produção de lodo por DBO removida
Idade do lodo (d)
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
0 5 10 15 20 25 30
Produção, em massa
(kgSS/kgDBO5 removida)
SS no Decant. Coeficientes Idade do lodo (d) 
afluente primária Y (g/g) Kd (d-1) 2 6 10 14 18 22 26 30 
Não Não 0,5 0,09 0,50 0,42 0,37 0,33 0,31 0,29 0,28 0,28 
 0,6 0,08 0,60 0,51 0,45 0,41 0,38 0,36 0,34 0,34 
 0,7 0,07 0,71 0,61 0,55 0,50 0,47 0,44 0,42 0,40 
Sim Sim 0,5 0,09 0,83 0,75 0,70 0,67 0,65 0,63 0,63 0,63 
 0,6 0,08 0,96 0,87 0,81 0,78 0,75 0,73 0,71 0,71 
 0,7 0,07 1,04 0,95 0,88 0,84 0,80 0,78 0,76 0,74 
Sim Não 0,5 0,09 1,08 1,00 0,95 0,92 0,90 0,88 0,88 0,88 
 0,6 0,08 1,23 1,14 1,09 1,05 1,02 1,00 0,98 0,98 
 0,7 0,07 1,29 1,20 1,13 1,08 1,06 1,03 1,01 0,99 
PRODUPRODUÇÇÃO DE LODOÃO DE LODO
Lodo a ser tratado
Expressão da concentração de sólidos:
(kg/L) específica Massa x (mg/kg)1x10
100 x (mg/L) ãoConcentraç(%) ãoConcentraç 6=
Massa específica do lodo descartado: ~ 1,0 kg/L
10.000
(mg/l) ãoConcentraç(%) ãoConcentraç ≈
PRODUPRODUÇÇÃO DE LODOÃO DE LODO
Lodo a ser tratado
Relação entre vazão, concentração e carga:
(g/kg) 1000
)(g/m ãoConcentraç x /d)(m Vazão(kgSS/d) Carga
33
=
lodo) lodo/m (kg lodo específica Massa x 
100
(%) Sól.secos
(kgSS/d) SS Carga/d)(m lodo Vazão
3
3 =
10 x (%) Sól.secos 
(kgSS/d) SS Carga/d)(m lodo Vazão 3 =
PRODUPRODUÇÇÃO DE LODOÃO DE LODO
Lodo a ser tratado
Sistema Características do lodo produzido e descartado da
fase líquida (dirigido à etapa de tratamento do lodo)
kgSS /
kgDBO
aplicada
Teor de
sólidos secos
(%)
Massa de
lodo
(gSS/hab.d)
(a)
Volume de
lodo (L/
hab.d)
(b)
Lodos ativados convencional
• Lodo primário 0,70 – 0,90 2–6 35 - 45 0,6 – 2,2
• Lodo secundário 0,50 – 0,70 0,6–1 25 - 35 2,5 – 6,0
• Total 1,20 - 1,60 1-2 60 - 80 3,1 – 8,2
Lodos ativados – aeração prolongada 1,00 – 1,10 0,8–1,2 40 - 45 3,3 – 5,6
UASB + pós-tratamento aeróbio (c)
• Lodo anaeróbio (UASB) 0,24 – 0,36 3–4 12–18 0,3 – 0,6
• Lodo aeróbio (lodos ativados) (d) 0,16 – 0,28 3–4 8-14 0,2– 0,5
• Total 0,40 – 0,64 3–4 20-32 0,5 – 1,1
PRODUPRODUÇÇÃO DE LODOÃO DE LODO
Estabilização do lodo
Porcentagem de remoção dos sólidos
gerados no reator (%)
θc
(dias)
SS 
biodeg
SSV
4
8
12
16
20
24
28
32
23
40
53
65
75
84
92
100
18
29
37
42
47
50
53
55
PRODUPRODUÇÇÃO DE LODOÃO DE LODO
Opções de retirada do lodo biológico excedente
a) Retirada da linha de recirculação:
• Maior concentração
• Menor vazão
b) Retirada diretamente do reator:
• Menor concentração
• Maior vazão
PRODUPRODUÇÇÃO DE LODOÃO DE LODO
Controle dos sólidos do sistema
• Qex controla a massa total de SS no sistema, mantendo-a em 
um valor especificado
• Qr controla o balanço entre a massa de SS no reator e nos 
decantadores secundários, mantendo-a em uma relação 
especificada
PRODUPRODUÇÇÃO DE LODOÃO DE LODO
Controle dos sólidos do sistema
Vazão de recirculação Qr:
• Qr constante
• Qr proporcional à vazão afluente Q
• Qr função de IVL
• Qr função do nível da manta de lodo nos decantadores secundários
Vazão de descarte do lodo excedente Qex:
• controle de SSTA (SSTA constante);• controle da carga de lodo (relação A/M constante);
• controle da idade do lodo (θc constante)
CONSUMO DE OXIGÊNIOCONSUMO DE OXIGÊNIO
Demandas
• oxidação da matéria orgânica carbonácea
• oxidação do carbono orgânico para fornecer energia 
para a síntese bacteriana
• respiração endógena das células bacterianas
• oxidação da amônia (nitrificação)
CONSUMO DE OXIGÊNIOCONSUMO DE OXIGÊNIO
Demanda carbonácea (oxidação da matéria orgânica)
carga de DBO removida (kg/d) massa de SSV no reator (kg)
RO (kg/d) = a’.Q.(So-S) + b’.Xv.V
Síntese Respiração
endógena
a‘ = 1,46 - 1,42.Y
b‘ = 1,42.fb.Kd
CONSUMO DE OXIGÊNIOCONSUMO DE OXIGÊNIO
Demanda carbonácea (oxidação da matéria orgânica)
Consumo de O2 por DBO removida
Idade do lodo (d)
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
0 5 10 15 20 25 30
SS no Decant. Coeficientes Idade do lodo (d) 
afluente primária Y (g/g) Kd (d-1) 2 6 10 14 18 22 26 30 
- - 0,5 0,09 0,84 0,95 1,02 1,07 1,10 1,13 1,14 1,14 
- - 0,6 0,08 0,70 0,83 0,91 0,97 1,01 1,05 1,07 1,07 
- - 0,7 0,07 0,57 0,70 0,80 0,86 0,91 0,95 0,98 1,01 
 
Requisito de oxigênio (kgO2 / kgDBO removida)
CONSUMO DE OXIGÊNIOCONSUMO DE OXIGÊNIO
Demanda nitrogenada
Formas do nitrogênio
N total = amônia (NH4+) + nitrogênio orgânico + nitritos (NO2-) + nitratos (NO3-)
NTK = amônia + nitrogênio orgânico (forma predominante nos esgotos domésticos)
Esgotos brutos
N total
Faixa (mg/l)
35 – 60
Típico (mg/l)
45
N orgânico 15 – 25 20
Amônia 20 – 35 25
Nitrito 0 0
Nitrato 0 – 2 0
CONSUMO DE OXIGÊNIOCONSUMO DE OXIGÊNIO
Demanda nitrogenada (oxidação da amônia)
Reação global da nitrificação:
NH4+-N + 2O2 Æ NO3--N + 2H+ + H2O + Energia
Estequiometricamente:
RO (kg/d) = 4,57 x (Q.NTK/103)
Em termos práticos (devido à incorporação de amônia pela biomassa):
RO (kg/d) = (3,8 a 4,3) x Q.NTK/103
CONSUMO GLOBAL DE OXIGÊNIOCONSUMO GLOBAL DE OXIGÊNIO
Oxidação da DBO e da amônia
Valores para vazão média:
Item LA convencional Aeração 
prolongada 
UASB - LA 
Oxidação DBO 
(kgO2/kgDBO 
aplicada) 
0,7 – 1,0 1,1 – 1,2 0,9 – 1,2 
Oxidação amônia 
(kgO2/kgNTK 
aplicado) 
3,8 – 4,3 3,8 – 4,3 3,8 – 4,3 
Para vazão máxima: multiplicar por 1,2 a 1,8
SISTEMA DE AERASISTEMA DE AERAÇÇÃOÃO
Fundamentos da transferência de gases
SISTEMA DE AERASISTEMA DE AERAÇÇÃOÃO
Fundamentos da transferência de gases
Cinética de primeira ordem:
dC
dt
K a C CL s= −. ( )
dC/dt = taxa de mudança da concentração de oxigênio (g/m3.s)
C = concentração em um tempo t qualquer (g/m3)
Cs = concentração de saturação (g/m3)
KLa = coeficiente global de transferência de oxigênio (s-1)
C C C C es s o
K a t tL o= − − − −( ). .( )
SISTEMA DE AERASISTEMA DE AERAÇÇÃOÃO
Fundamentos da transferência de gases
Água limpa Líquido com consumo de OD (r)
C C r
K as L
= −C C r
K as L
= −Estado estacionário:Estado estacionário:
R = taxa de consumo de O2 (g/m3.d)
SISTEMA DE AERASISTEMA DE AERAÇÇÃOÃO
Fundamentos da transferência de gases
Concentração de saturação Cs
Temperatura do Altitude (m) 
líquido (oC) 0 500 1000 1500 
10 
11 
12 
13 
14 
15 
16 
17 
18 
19 
20 
21 
22 
23 
24 
25 
26 
27 
28 
29 
30 
11,3 
11,1 
10,8 
10,6 
10,4 
10,2 
10,0 
9,7 
9,5 
9,4 
9,2 
9,0 
8,8 
8,7 
8,5 
8,4 
8,2 
8,1 
7,9 
7,8 
7,6 
10,7 
10,5 
10,2 
10,0 
9,8 
9,7 
9,5 
9,2 
9,0 
8,9 
8,7 
8,5 
8,3 
8,2 
8,1 
8,0 
7,8 
7,7 
7,5 
7,4 
7,2 
10,1 
9,9 
9,7 
9,5 
9,3 
9,1 
8,9 
8,7 
8,5 
8,4 
8,2 
8,0 
7,9 
7,8 
7,6 
7,5 
7,3 
7,2 
7,1 
7,0 
6,8 
9,5 
9,3 
9,1 
8,9 
8,7 
8,6 
8,4 
8,2 
8,0 
7,9 
7,7 
7,6 
7,4 
7,3 
7,2 
7,1 
6,9 
6,8 
6,6 
6,6 
6,4 
SISTEMA DE AERASISTEMA DE AERAÇÇÃOÃO
Principais tipos
Aeração mecânica
Classificação com relação ao eixo de rotação:
• aeradores de eixo vertical
• baixa rotação, fluxo radial
• alta rotação, fluxo axial
• aeradores de eixo horizontal
Classificação com relação à fixação:
• aeradores fixos
• aeradores flutuantes
Ar difuso
• difusor poroso (bolhas finas e médias): prato, disco, domo e tubo
• difusor não poroso (bolhas grossas): tubos perfurados ou com ranhuras
• outros sistemas: aeração por jatos, aeração por aspiração, tubo em U
SISTEMA DE AERASISTEMA DE AERAÇÇÃOÃO
Aeração mecânica
SISTEMA DE AERASISTEMA DE AERAÇÇÃOÃO
Aeração mecânica
Flutuante
Alta rotação
Fluxo axial
Fixo
Baixa rotação
Fluxo radial
SISTEMA DE AERASISTEMA DE AERAÇÇÃOÃO
Ar difuso
• bolha fina: diâmetro inferior a 3 mm
• bolha média: diâmetro entre 3 e 6 mm
• bolha grossa: diâmetro superior a 6 mm
SISTEMA DE AERASISTEMA DE AERAÇÇÃOÃO
Ar difuso
SISTEMA DE AERASISTEMA DE AERAÇÇÃOÃO
Ar difuso
TAXA DE TRANSFERÊNCIA DE OXIGÊNIOTAXA DE TRANSFERÊNCIA DE OXIGÊNIO
TTO padrão e TTO campoTTO padrão e TTO campo
Taxa de transferência de oxigênio (capacidade de oxigenação) nas 
condições padrão:
água limpa
temperatura do líquido = 20oC
altitude = 0 m (nível do mar)
sistema de aeração instalado num tanque de teste
Taxa de transferência de oxigênio (capacidade de oxigenação) nas 
condições de operação (campo):
esgoto
temperatura real do líquido
altitude real da estação
sistema de aeração instalado no reator real
TAXA DE TRANSFERÊNCIA DE OXIGÊNIOTAXA DE TRANSFERÊNCIA DE OXIGÊNIO
TTO padrão e TTO campoTTO padrão e TTO campo
TTO
TTO
f C C
C C
padrão
campo
H s L
s
o
T
= − −β α θ. .
( )
. .
20
20
TTOpadrão = Taxa de Transferência de Oxigênio Padrão (kgO2/h)
TTOcampo = Taxa de Transferência de Oxigênio no campo, nas condições de operação (kgO2/h)
Cs = concentração de saturação de oxigênio na água limpa, na temperatura de operação no 
campo (g/m3)
CL = concentração média de oxigênio mantida no reator (g/m3)
Cs (20oC) = concentração de saturação de oxigênio da água limpa, nas condições padrão 
(g/m3)
fH = fator de correção de Cs para a altitude (= 1 – altitude / 9450)
β = Cs (esgoto) / Cs (água limpa)
α = KLa (esgoto) / KLA (água limpa)
θ = coeficiente de temperatura
T = temperatura do líquido (oC)
EFICIÊNCIA DE OXIGENAEFICIÊNCIA DE OXIGENAÇÇÃOÃO
EO
TTO
P
padrão= EO = eficiência de oxigenação (kgO2/kWh)P = potência consumida (kW)
DENSIDADE DE POTÊNCIADENSIDADE DE POTÊNCIA
DP P
V
= DP = densidade de potência (W/m3)P = potência introduzida (W)
V = volume do reator (m3)
REQUISITOS ENERGREQUISITOS ENERGÉÉTICOSTICOS
AeraAeraçção mecânicaão mecânica
Eficiência de oxigenação padrão:
• aeradores de baixa rotação: EOpadrão = 1,4 a 2,0 kgO2/kWh
• aeradores de alta rotação: EOpadrão = 1,2 a 1,8 kgO2/kWh
Eficiência de oxigenação no campo:
EOcampo = 0,55 a 0,65 da EOpadrão
Potência requerida:
)kWh/kgO((h/d).EO 24
/d)(kgO O de Requisitos=(kW) Potência
2campo
22
kW / 0,75 = CV
SISTEMAS DE AERASISTEMAS DE AERAÇÇÃOÃO
Aeradores mecânicos
Características básicas
(alta rotação)
Faixa de potência
dos aeradores (CV)
Profundidade
normal de operação
Diâmetro de influência (m)
(m) Oxigenação Mistura
5 - 10 2,0 - 3,6 45 - 50 14 - 16
15 - 25 3,0 - 4,3 60 - 80 19 - 24
30 - 50 3,8 - 5,2 85 - 100 27 - 32
Notas:
• Potências usuais dos aeradores: 1; 2; 3; 5; 7,5; 10; 15; 20; 25; 30; 40 e 50 CV.
• Há aeradores de alta rotação com maiores potências, mas eles tendem, no conjunto, a s
eficientes.
• A tabela apresenta diâmetros de influência (e não raios)
Pl ti i it d f d d l b i d d
SISTEMA DE AERASISTEMA DE AERAÇÇÃOÃO
Ar difuso
Tipo de aeração Eficiência de 
transferência de 
oxigênio padrão 
média (%)
Eficiência de 
oxigenação padrão 
(kgO2/kWh)
Bolhas finas 10 - 30 1,2 - 2,0
Bolhas médias 6 - 15 1,0 - 1,6
Bolhas grossas 4 - 8 0,6 - 1,2
Aeradores por aspiração - 1,2 - 1,5
Eficiênciade oxigenação no campo:
EOcampo = 0,55 a 0,65 da EOpadrão
kW / 0,75 = CV
)kWh/kgO((h/d).EO 24
/d)(kgO O de Requisitos=(kW) Potência
2campo
22
Potência requerida:
SISTEMA DE AERASISTEMA DE AERAÇÇÃOÃO
Comparação de custos
Aeração mecânica x Ar difuso
Custos de implantação:
Sistema R$/CV 
instalado
R$/kW 
instalado
Aerador mecânico flutuante (alta rotação) 550 a 900 750 a 1200
Aerador mecânico fixo (baixa rotação) 750 a 1300 1000 a 1700
Ar difuso (bolhas finas) - sopradores, tubos, 
difusores)
1500 a 2100 2000 a 2800
Custos operacionais (energia elétrica):
• Consumo energético (tarifa industrial): R$0,12/kWh
• Demanda (função da potência instalada): acrescer ~ 15%
(fevereiro/2004; R$2,90/US$)
SISTEMA DE AERASISTEMA DE AERAÇÇÃOÃO
Comparação de custos: Ar difuso x Oxigênio puro
População: 700.000 hab
Fevereiro/2001; R$2,00/US$)
CUSTOS PER CAPITA DE IMPLANTAÇÃO E MANUTENÇÃO
AR DIFUSO X OXIGÊNIO PURO
0
10
20
30
C
u
s
t
o
s
 
p
e
r
 
c
a
p
i
t
a
Ar difuso 7,9 1,2
O2 líquido 8,7 10,7
O2 fábrica 25,8 2,0
Custos de implantação 
(R$/hab)
Custos de operação 
(R$/hab.ano)
CUSTOS EM VALOR PRESENTE
AR DIFUSO X OXIGÊNIO PURO
0
10.000.000
20.000.000
30.000.000
40.000.000
50.000.000
60.000.000
V
a
l
o
r
 
p
r
e
s
e
n
t
e
 
(
R
$
)
Operação 4.818.579,58 42.144.537,15 7.972.877,16
Implantação 5.535.000,00 6.080.000,00 18.080.000,00
AR DIFUSO O2 LÍQUIDO O2 FÁBRICA
SISTEMA DE AERASISTEMA DE AERAÇÇÃOÃO
Controle do fornecimento de oxigênio (ar)
Aeração mecânica
• liga-desliga de aeradores
• variação da velocidade de rotação dos aeradores (duas velocidades ou 
velocidades variáveis)
• variação do nível das pás dos aeradores (variação da submergência dos 
aeradores através da atuação no seu eixo)
• variação do nível do líquido (variação da submergência dos aeradores 
através do ajuste do vertedor de saída)
Aeração por ar difuso
• variação da velocidade dos sopradores
• variação das aletas de entrada
• ajuste das válvulas de sucção de todos os sopradores ligados, de forma a 
manter uma pressão constante na tubulação de alimentação de ar
SEDIMENTASEDIMENTAÇÇÃOÃO
Decantador retangular
SEDIMENTASEDIMENTAÇÇÃOÃO
Decantador retangular
DECANTADOR RETANGULAR DE FLUXO HORIZONTAL
corte longitudinal
planta
entrada
entrada
saída
de lodo
poço
de lodo
raspador
de lodo
ponte
móvel
vertedor
de saída
vertedor
de saída
saída
saída
lodo de
fundo
defletor
defletor
raspador
de lodo
defletordefletor
SEDIMENTASEDIMENTAÇÇÃOÃO
Decantador circular
SEDIMENTASEDIMENTAÇÇÃOÃO
Decantador circular
DECANTADOR CIRCULAR
corte transversal
entrada saída
de lodo
raspador
de lodo
ponte rotatória
anel
defletor
vertedor
de saída
saídasaída
camada de lodo
defletordefletor
planta
saída
lodo de
retorno
entrada
canal de
coleta do
efluente
ponte rotatória anel
defletor
entrada
defletor
SEDIMENTASEDIMENTAÇÇÃOÃO
Decantador tipo Dortmund
SEDIMENTASEDIMENTAÇÇÃOÃO
Decantador tipo Dortmund
DECANTADOR TIPO DORTMUND COM TRÊS CÂMARAS
ENTRADA
DEFLETOR DEFLETOR
VERTEDOR SAÍDA
POÇO
DE LODO
CORTE LONGITUDINAL
TUBULAÇÃO DE
RETIRADA DO LODO
TUBULAÇÃO DE
SAÍDA DO LODO
TEORIA DA SEDIMENTATEORIA DA SEDIMENTAÇÇÃOÃO
Tipos de sedimentação
Remoção da areia
Tipo Esquema 
Discreta 
 
 
 
Floculenta 
 
 
Decantação primária
TEORIA DA SEDIMENTATEORIA DA SEDIMENTAÇÇÃOÃO
Tipos de sedimentação
Decantação secundária
Tipo Esquema 
 
Zonal 
 
 
 
Compressão 
 
Adensamento por gravidade
TEORIA DA SEDIMENTATEORIA DA SEDIMENTAÇÇÃOÃO
Sedimentação discreta
TEORIA DA SEDIMENTATEORIA DA SEDIMENTAÇÇÃOÃO
Sedimentação discreta
Lei de Stokes:
v
g
ds
s l
l
= −1
18
2. . .υ
ρ ρ
ρ
TEORIA DA SEDIMENTATEORIA DA SEDIMENTAÇÇÃOÃO
Sedimentação discreta
Tanque de sedimentação horizontal ideal
TEORIA DA SEDIMENTATEORIA DA SEDIMENTAÇÇÃOÃO
Sedimentação discreta
Tanque de sedimentação horizontal ideal
t H
vs
=
t V
Q
H A
Q
= = .
v Q
As
=
TEORIA DA SEDIMENTATEORIA DA SEDIMENTAÇÇÃOÃO
Sedimentação floculenta
Coluna Tanque de sedimentação horizontal
TEORIA DA SEDIMENTATEORIA DA SEDIMENTAÇÇÃOÃO
Sedimentação zonal
TEORIA DA SEDIMENTATEORIA DA SEDIMENTAÇÇÃOÃO
Sedimentação zonal
PROJETO DAS UNIDADESPROJETO DAS UNIDADES
Sedimentação zonal - Decantador secundário
Taxas de aplicação
Taxa de aplicação hidráulica (TAH)
.h)/m(m 
A
QTAH 23=
Taxa de aplicação de sólidos (TAS)
.h)(kgSS/m 
A
).XQ(QTAS 2r+=
PROJETO DAS UNIDADESPROJETO DAS UNIDADES
Decantador secundário
Sistema Taxa de aplicação 
hidráulica (m3/m2.h) 
Taxa de aplicação de 
sólidos (kg/m2.h) 
 Q média Q 
máxima 
Q média Q 
máxima 
Lodos ativados convencional 0,67 - 1,33 1,70 - 2,00 4,0 - 6,0 10,0 
Aeração prolongada 0,33 - 0,67 1,00 - 1,33 1,0 - 5,0 7,0 
Fonte: Metcalf & Eddy (1991)
Cálculo da área requerida com base em TAH: 
•Para Qméd: A = Q/(TAH para Qméd)
•Para Qmáx: A = Qmáx/(TAH para Qmáx)
Cálculo da área requerida com base em TAS: 
•Para Qméd: A = Q/(TAS para Qméd)
•Para Qmáx: A = Qmáx/(TAS para Qmáx)
Adotar o maior valor de A
DECANTADOR SECUNDDECANTADOR SECUNDÁÁRIORIO
Sedimentabilidade do lodo
Floco ideal Floco pulverizado Lodo intumescido
DECANTADOR SECUNDDECANTADOR SECUNDÁÁRIORIO
Sedimentabilidade do lodo
Determinação da manta de lodo
Escuma
DECANTADOR SECUNDDECANTADOR SECUNDÁÁRIORIO
Sedimentabilidade do lodo
Teste de IVL
Sedimenta-
bilidade
Faixa de valores do Índice Volumétrico de Lodo (ml/g)
IVL IVLD IVLA IVLA3,5
Ótima 0 - 50 0 - 45 0 - 50 0 - 40
Boa 50 - 100 45 - 95 50 - 80 40 - 80
Média 100 - 200 95 - 165 80 - 140 80 - 100
Ruim 200 - 300 165 - 215 140 - 200 100 - 120
Péssima > 300 > 215 > 200 > 120
IVL
H x
H SS
= 30
6
0
10
.
DECANTADOR SECUNDDECANTADOR SECUNDÁÁRIORIO
Sedimentabilidade do lodo
Teste de IVL
IVL
H x
H SS
= 30
6
0
10
.
IVL máximo atingível em função da concentração 
de sólidos em suspensão
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
0 2 4 6 8 10 12
Concentração de SS(kg/m3)
PROJETO DAS UNIDADESPROJETO DAS UNIDADES
Decantador secundário
VALORES DE Q/A PARA SATISFAZER SIMULTANEAMENTE
CLARIFICAÇÃO E ADENSAMENTO
SSTA (kg/m3)
Q
/
A
 
(
m
/
h
)
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0
Adensamento
controla
Clarificação
controla
Clarificação
controla
Adensamento
controla
SEDIMENT. RUIM
SEDIMENT. MÉDIA
 Em cada faixa:
- curva superior: R=1.0
- curva central: R=0.8
- curva inferior: R=0.6
PROJETO DAS UNIDADESPROJETO DAS UNIDADES
Decantador secundário
Diâmetro do tanque (m) Profundidade lateral (m) 
 Mínimo Recomendado 
< 12 
12 - 20 
 20 - 30 
30 - 40 
> 40 
3,0 
3,3 
3,6 
3,9 
4,2 
3,3 
3,6 
3,9 
4,2 
4,5 
Declividade de fundo:
~ 1/12 (v/h) com raspadores
~ plano com remoção por sucção
Custos dos equipamentos:
• raspadores (R$/m): 6.000 a 8.000
• sucção: pode ser 50% mais caro
PROJETO DAS UNIDADESPROJETO DAS UNIDADES
Decantador secundário
Decantador Condição Taxa de vertedor (m3/m.h) 
 Vazão média Vazão máxima 
Pequeno - 5 10 
Grande Fora da zona de virada das correntes 
Dentro da zona de virada das correntes
- 
- 
15 
10 
 
SEDIMENTASEDIMENTAÇÇÃO DO LODOÃO DO LODO
Seletores e melhoria da sedimentabilidade do lodo
SELETOR
SELETORES
PROJETO DAS UNIDADESPROJETO DAS UNIDADES
Layout da faselíquida
REMOREMOÇÇÃO BIOLÃO BIOLÓÓGICA DE NITROGÊNIOGICA DE NITROGÊNIO
Nitrificação e desnitrificação
Nitrificação
NH4+-N + 2O2 ------> NO3--N + 2H+ + H2O
• Consumo de oxigênio (4,57 mgO2 / mg amônia oxidada)
• Consumo de alcalinidade (7,1 mg alcalinidade / mg amônia oxidada)
Desnitrificação
2NO3--N + 2H+ -----> N2 + 2,5O2 + H2O
• Economia de oxigênio (2,86 mgO2 / mg nitrato reduzido)
• Economia de alcalinidade (3,5 mg alcalinidade / mg nitrato reduzido)
• Liberação de N2 gasoso (problemas em decantadores secundários
quando não controlada)
REMOREMOÇÇÃO BIOLÃO BIOLÓÓGICA DE NITROGÊNIOGICA DE NITROGÊNIO
Nitrogênio em um sistema com nitrificação
REMOREMOÇÇÃO BIOLÃO BIOLÓÓGICA DE NITROGÊNIOGICA DE NITROGÊNIO
Nitrogênio em um sistema com nitrif. e desnitrif.
NITRIFICANITRIFICAÇÇÃOÃO
Fatores ambientais de influência
• temperatura
• pH
• oxigênio dissolvido
• substâncias tóxicas ou inibidoras
Idade do lodo mínima para nitrificação
Temperatura do 
líquido no reator (oC)
θc para nitrificação 
completa (dias)
5 12
10 9,5
15 6,5
20 3,5
REMOREMOÇÇÃO BIOLÃO BIOLÓÓGICA DE NITROGÊNIOGICA DE NITROGÊNIO
Principais fluxogramas
REMOREMOÇÇÃO BIOLÃO BIOLÓÓGICA DE NITROGÊNIOGICA DE NITROGÊNIO
Principais fluxogramas
REMOREMOÇÇÃO BIOLÃO BIOLÓÓGICA DE NITROGÊNIOGICA DE NITROGÊNIO
Taxas de remoção de nitrato
Tipo Posição da zona anóxica Taxa de desnitrificação 
específica
(mg NO3--N /mg SSV.d)
Esgoto bruto Zona anóxica a montante da zona aerada 0,03 - 0,11
Metabolismo endógeno Zona anóxica a jusante da zona aerada 0,015 - 0,045
Sistemas com pré-desnitrificação
(zona anóxica a montante)
Eficiência de remoção de nitratos máxima teórica
0,000
0,100
0,200
0,300
0,400
0,500
0,600
0,700
0,800
0,900
0 1 2 3 4 5 6
Razão de recirc. total (Rlodo + Rint)
E
f
i
c
i
ê
n
c
i
a
1int
int
rec NO3 ++
+=
lodo
lodo
RR
RRF
REMOREMOÇÇÃO BIOLÃO BIOLÓÓGICA DE NITROGÊNIOGICA DE NITROGÊNIO
Desempenho dos processos
Processo Amônia Nitrogênio total
< 5 mg/l (a) 8 - 12 mg/l 6 - 8 mg/l 3 - 6 mg/l
Reator com zona aeróbia apenas X - - -
Reator com pré-desnitrificação X X X (b) -
Reator com pós-desnitrificação X X - -
Bardenpho de quatro estágios X X X X
Valo de oxidação X X X (c) -
Batelada X X - -
(a): a nitrificação ocorrerá consistentemente desde que θc aeróbio seja superior a aproximadamente 5 d
(b): com elevadas razões de recirculação interna (Rint entre 200 e 400%)
(c): com eficiente controle automático do oxigênio dissolvido
REMOREMOÇÇÃO BIOLÃO BIOLÓÓGICA DE N e PGICA DE N e P
Principais fluxogramas
REMOREMOÇÇÃO BIOLÃO BIOLÓÓGICA DE N e PGICA DE N e P
Principais fluxogramas
REMOREMOÇÇÃO BIOLÃO BIOLÓÓGICA DE N e PGICA DE N e P
Desempenho dos processos
Processo Efluente: 0,5 mgP/l Efluente: 1,0 mgP/l Efluente: 2,0 mgP/l
Biol Biol + C Biol + F Biol
+ C 
+ F
Bio
l
Biol + 
C
Biol + F Biol
+ C 
+ F
Biol Biol
+ C
Biol + F Biol + 
C + F
A2O / Phoredox 3 estág. N N N S V S* V S S S S S
Bardenpho 5 estág. / Phoredox N N N S V S* V S S S S S
UCT / VIP / UCT modif. N N N S V S* V S S S S S
Batelada N N N S V S* V S S S S S
Biol = tratamento biológico apenas Biol + C = trat. biol. + coagulante
Biol + F = trat. biol. + filtração Biol + C + F: = trat. biol. + coagulante + filtração
N = não atende o padrão de P V = atende o padrão de P de forma variável ou marginal
S = atende o padrão de P S* = atende o padrão de P com clarificação eficiente
REATORES SEQUENCIAIS POR BATELADAREATORES SEQUENCIAIS POR BATELADA
Princípio de funcionamento
PROGRAMAPROGRAMAÇÇÃO DE MONITORAMENTOÃO DE MONITORAMENTO
Local Parâmetro Amostra 
 Uso Freqüência Tipo 
Esgoto bruto DBO AD semanal composta 
 DQO AD semanal composta 
 SS AD semanal composta 
 SSV AD semanal composta 
 NTK AD semanal composta 
 pH CP diária simples 
 Alcalinidade CP semanal simples 
 Coliformes fecais AD semanal simples 
Efluente primário DBO AD semanal composta 
 DQO AD semanal composta 
 SS AD semanal composta 
Reator Temperatura CP diária simples 
 OD CP diária ou contínua simples ou sensor 
 SS CP diária ou contínua simples ou sensor 
 SSV CP semanal simples 
 NO3- CP semanal simples 
 IVL CP diária simples 
Lodo de retorno SS CP diária composta 
Efluente final DBO AD semanal composta 
 DQO AD semanal composta 
 SS AD semanal composta 
 SSV AD semanal composta 
 NTK AD semanal composta 
 NH3 AD semanal composta 
 NO2- AD semanal composta 
 NO3- AD semanal composta 
 pH DP diária simples 
 Coliformes fecais AD semanal simples