Dimensionamento de uma estação de tratamento de esgoto ETE

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UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ
COECI – COORDENAÇÃO DE ENGENHARIA CIVIL
ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DE ESGOTO
MEMORIAL DESCRITIVO
GUARAPUAVA
2018
ADAM UTRI
LUMA NATÁLLIA MEIRA
MARIA VICTÓRIA ZIEGEMANN PORTELINHA
RENAN DA SILVA OTTERSBACH
1
SUMÁRIO
1 OBJETIVOS E DEFINIÇÕES DE PROJETO............................................................5
1.1 VOLUME DIÁRIO A SER TRATADO......................................................................7
2 DIMENSIONAMENTO................................................................................................9
2.1 CANAL DE ENTRADA............................................................................................9
2.2 GRADEAMENTO....................................................................................................9
2.3 DESARENAÇÃO.....................................................................................................9
2.4 CALHA PARSHALL...............................................................................................13
2.5 DECANTADOR.....................................................................................................23
2.6 REATORES UASB................................................................................................29
2.6.1 Vazões de projeto..............................................................................................29
2.6.2 Volume e área do rotor.......................................................................................29
2.6.3 Cargas volumétricas hidráulicas e orgânicas....................................................33
2.6.4 Eficiência............................................................................................................35
2.7 FILTRO BIOLÓGICO............................................................................................35
REFERÊNCIAS...........................................................................................................41
3
1 OBJETIVOS E DEFINIÇÕES DE PROJETO
O presente memorial tem como objetivo apresentar o dimensionamento de ma
Estação de Tratamento de Esgoto para a cidade de Guarapuava (180364
habitantes), utilizando em sua estrutura Filtros Biológicos, e seguindo as diretrizes
da norma ABNT NBR 12209. Foram fornecidos alguns dados:
• Consumo per capita de água de abastecimento – 160 L/d;
• Coeficiente de retorno – 0,8;
• Unidades obrigatórias – Gradeamento e medição de vazão;
• Remoção mínima – 80% DBO.
5
Tabela 1: Vazão do
Efluente 
Intervalo (h)
 0 a 2 0,02
2 a 4 0,015
4 a 6 0,015
6 a 8 0,02
8 a 10 0,04
10 a 12 0,071
12 a 14 0,08
14 a 16 0,06
16 a 18 0,055
18 a 20 0,054
20 a 22 0,04
22 a 24 0,02
Qi (m3/s)
Tabela 2: Características Físico-
Químicas do efluente doméstico
Parâmetros Unidade Amostragem A3
300±55
DQO 670±94
- 0,45±0,03
SST 296±121
N-NTK 56,2±25,7
N-NH3 32,6±16,6
P Total 5,8±1,1
Alcal. 2416±9
pH - 7,35±0,34
Condutividade ?S/cm 622±154
Sr 0,065±0,030
Zn 0,389±0,390
Cu 0,033±0,015
Fe 0,847±0,779
Al 0,355±0,438
Mn 0,0540±,006
Ba 0,148±0,175
DBO5 mgl-1
mgl-1
DBO5/DQO
mgl-1
mgl-1
mgl-1
mgl-1
mgl-1
mgl-1
mgl-1
mgl-1
mgl-1
mgl-1
mgl-1
mgl-1
1.1 VOLUME DIÁRIO A SER TRATADO
O volume total de efluentes a ser tratado por dia pode ser estimado através
dos dados informados. Dessa forma:
Vol=nhabitantes∗Vol água
habitante
∗coef ret .=180364∗160∗0,8=23.086 .592L/d (1)
Esse valor encontrado resulta em uma vazão média de: 0,267 m³/s. Por
questões de possível crescimento populacional na cidade, e medidas de segurança,
adotou-se uma vazão de projeto de 0,30 m³/s (25.920.000 L/d).
7
2 DIMENSIONAMENTO
2.1 CANAL DE ENTRADA
É previsto em norma, que a velocidade da canalização com presença de lodo,
deva estar compreendida entre os limites de 0,5 m/s – 1,8 m/s. Devido a isso, temos
que, considerando uma largura de 0,80 m e uma velocidade de escoamento de 0,6
m/s, teremos para a vazão encontrada:
A=Q
v
= 0,30
0,6
=0,5m ² (2)
Com uma altura de lâmina d’água de:
h= A
b
=0,50
1,0
=0,50m (3)
Será adotado uma profundidade construtiva de 0,5 metros para evitar
extravasamentos em horários de pico.
2.2 GRADEAMENTO
Para o gradeamento, foi escolhida uma grade do tipo média, com um
espaçamento de 4 cm entre as barras. Como o canal de entrada possui dimensões
de 0,80 m x 0,50 m, encontramos o número de barras. Sendo:
n= b
esp
−3= 0,8
0,04
−3=17barras (4)
Além disso, devido à vazão e a velocidade referentes, optou-se por uma
grade de limpeza manual.
2.3 DESARENAÇÃO
Para o desarenador (caixa de areia), foi necessário adotar um sistema
mecanizado de limpeza. Tendo em vista que o limite máximo para limpeza manual é
de 250 L/s.
9
Tem-se que são necessários dois desarenadores para a unidade de
tratamento. A velocidade de passagem em seu interior deve ser igual a 0,3 m/s, e a
taxa de escoamento superficial deve estar compreendida entre 600 a 1.300
m³/m²*dia. A partir disso fazemos o dimensionamento desses compartimentos.
Figura 1: Desarenador
Adotou-se os seguintes parâmetros:
● Tamanho mínimo das partículas de areia: Ø = 0,2mm.
● Velocidade de sedimentação da areia: V = 0,02 m/s 
● Velocidade de deposição na vertical;
● Velocidade máxima do fluxo na caixa de areia – para deposição: V1<0,30 m/s;
● Velocidade mínima do fluxo no canal de aproximação – para não haver
deposição: V2 > 0,60 m/s.
Considerou-se uma quantidade de sólidos em suspensão de 0,1 ml/m³ de água,
e que a caixa de retenção de areia tenha uma autonomia mínima de três dias.:
 Para o canal de aproximação
A=Q
V
=0,30
0,3
=1m2 (5)
Considerando uma largura de 1,5 m. Aproximando utilizaremos a altura H = 0,7 m
11
Para a caixa de areia
Dimensiona-se o comprimento da caixa de areia por:
H= L .V
V 1
→0,7= L.0,02
0,3
→L=10,5m (6)
Adotou-se 11 metros.
As dimensões do canal da caixa de areia por:
B .H=Q
V
→B .0,7= 0,30
0,3
→B=1,428m (7)
Aproximadamente 1,5m.
Cálculo do volume de retenção diário de areia
• Sólidos em suspensão: Ss = 0,1 ml/m³ = 0,0001 m³/m³
• VRD = Ss * Voldiário = 0,0001 * 0,30 * 86400 = 2,592 m³/dia
• VCR = 3,024*(3) = 9,072 m³
• C = VCR /B.L = 9,072 / (1,5*10,5) = 0,576 m 
Dessa forma temos a seguinte configuração para a caixa de areia:
Figura 2: Caixa de areia
Fonte: Autoria própria (2018)
2.4 CALHA PARSHALL
Para o dimensionamento do medidor Parshall é preciso ter uma vazão de
projeto, neste caso, é adotado como (350 L/s). Com a vazão em mãos, é possível
decidir assim o tamanho da garganta (W) e todos outros parâmetros indicados na
tabela 05 com base nas tabelas 03 e 04.
13
15
Tabela 3: Valores de K e n
para medidor Parshall
W k N
76 (3”) 3,704 0,646
152 (6”) 1,842 0,636
229 (9”) 1,486 0,633
305 (1’) 1,276 0,657
457 (1½’) 0,966 0,65
610 (2’) 0,795 0,645
915 (3’) 0,608 0,639
1220 (4’) 0,505 0,634
1525 (5’) 0,436 0,63
1830 (6’) 0,389 0,627
2440 (8’) 0,324 0,623
Tabela 4: Dimensões do medidor parshall
W A B C D E F G K N
Pol mm mín máx
1 25 363 356 93 168 350 76 203 19 29 - -
3 76 466 457 178 259 610 152 305 25 57 2,9 194
6 152 620 610 394 403 610 305 610 76 114 5,4 397
9 229 880 864 380 575 762 305 457 76 114 9 902
12 305 1372 1344 610 845 914 610 915 76 229 12,6 1644
18 457 1449 1420 762 1026 914 610 915 76 229 17,3 2503
24 610 1525 1496 915 1207 914 610 915 76 229 42,1 3372
36 915 1677 1645 1220 1572 914 610 915 76 229 61,6 5135
48 1220 1830 1795 1525 1938 914 610 915 76 229 136,1 6921
60 1525 1983 1941 1830 2303 914 610 915 76 229 167,7 8724
72 1830 2135 2090 2135 2667 914 610 915 76 229 262,4 10541
84 2135 2288 2240 2440 3030 914 610 915 76 229 303,5 12370
96 2440 2440 2392 27453400 914 610 915 76 229 344,2 14210
108 3050 2745 2470 3660 4759 1220 915 1830 153 343 - -
Q (m3/h)
Tabela 5: Dados Adotados Para o
Dimensionamento
Descrição Valor Unidade
Vazão (Q) 300 L/s
Largura (W) 305 mm
Coeficiente 01 (k) 1,276 --
Coeficiente 02 (n) 0,657 --
Parâmetro D 845 mm
Parâmetro N 229 mm
Temperatura da água (T) 20
Densidade da água (?) 1000
Viscosidade Cinemática (?) 0,001
Gravidade (g) 9,81
oC
Kg/m3
Ns/m2
m/s2
Figura 3: Dimensões Padronizadas do
Medidor Parshall
Figura 4: Dimensões Padronizadas do Medidor Parshall
Com todos os dados da calha parshall em mãos, podemos fazer as
verificações sobre os gradientes de velocidades que devem ser compreendidos
entre 700 s-1 e 1300 s-1.
Com isso temos:
17
Assim, a primeira e a segunda forma da verificação do Gradiente, além do
tempo de mistura estão dentro dos limites estabelecidos pela NBR 12216.
Equações:
Equação da calha Parshall:
k∗( Q
1000
)
n
(8)
Largura na Medição:
D0=
2
3
∗( D1000− W1000 )+ W1000 (9)
Velocidade na Medição:
V 0=
Q
1000h D0
(10)
Energia Disponível:
19
Tabela 6: Tabela de cálculos
Descrição Valor Unidade
Equação Calha Parshall (h) 0,3828 m
0,665 m
1,178 m/s
0,6825 m
Vazão Específica (q) 0,9836
Ângulo da rola (?) 2,91173 rad
2,387 m/s
0,412 m
1,19 --
0,5173 m
1,9 m/s
Comprimento do ressalto (L) 9,68 m
Tempo de mistura (t) 4,52 s
0,1652 m
598,78
0,001369 m
54,5
Largura na medição (D0)
Velocidade na medição (V0)
Energia Disponível (E0)
m2/s
Vel. Imed. antes do ressalto (V1)
Alt. Imed. antes do ressalto (h1)
Número de Froude (F1)
Alt. Imed. depois do ressalto (h2)
Vel. Imed. depois do ressalto (V2)
1ª Forma para Perda de carga (hp1)
Gradiente de velocidade (G1) s-1
2ª Forma para Perda de carga (hp2)
Gradiente de velocidade (G2) s-1
Fonte: Autoria própria (2018)
E0=
V 0
21000
2(g+h+N )
(11)
Vazão Específica:
q=Q
W (12)
Ângulo:
θ=Arcos( −g⋅q( 2/ 3⋅g⋅E0)1,5) (13)
Velocidade Imediatamente Antes do ressalto:
V 1=2⋅√(2/ 3∗g∗E0)∗cos(Θ / 3) (14)
Altura Imediatamente antes do ressalto:
h1=
q
V 1
(15)
Número de Froude:
F1=
V 1
√g⋅h1
(16)
Velocidade Imediatamente depois do ressalto:
V 2=
q
h2
(17)
Comprimento do Ressalto:
L=6,5 (h2−h1) (18)
Tempo de mistura:
21
t= 2 L
V 1+V 2
(19)
1ª forma para perda de carga:
hp=E0−h2 (20)
Gradiente de Velocidade:
G= t⋅√ρghp
μ (21)
2ª forma para perda de carga:
hp=
(h2−h1)
3
(4h2h1)
(22)
Gradiente de Velocidade:
G= t⋅√ρghp
μ (23)
2.5 DECANTADOR
Como se trata de decantador convencional e de acordo com a NBR 12.209,
vamos utilizar uma taxa de aplicação superficial de : TAS = 80 m³/m² x dia, com
profundidade de H= 4,5 m., tanto para o decantador primário como para o
secundário, assim, ambos deverão ter as mesmas dimensões.
Definição da Área (área útil):
A= Q
TAS
⇒ A=25920m ³/dia
80 m
3
m2∗dia
⇒ A=324m ²
(24)
Com a Área de 3 m², vamos adotar 2 decantadores retangulares:
A=324m ²
2
⇒ A=162m ² cada (25)
23
Como ComprimentoLargura
≥4, então 32,45
=6,5ok !
● Comprimento (C): 24 metros ;
● Largura (L): 6,75 metros;
● Com área útil:A=24∗6,75⇒ A=162m ²
Taxa de escoamento superficial (checagem):
q=
Q
número dedecantadores
Áreado decantador
=
25920m ³ /dia
2
162m ²
= 80m
3
m2∗dia
≤80,ok ! (26)
Vazão em cada decantador:
Qdec=
Q
ndec
⇒ Qdec=
0,30m3/ s
2
⇒ Qdec=0,15m ³/ s (27)
Velocidade horizontal:
Vh=
Qdec
Ah
= 0,15m
3/s
4,5m∗6,75m
⇒ V h=4,93827 x 10
−3m
s (28)
Tempo de detenção hidráulico:
TDH=Volume decantador
Qdec
⇒ TDH=162m
2∗4,5m
0,15m ³/ s
⇒ TDH=4860 s=1,35h (29)
Raio hidráulico:
Rh=
L∗H
L+2∗H
⇒ Rh❑=
6.75m∗4,5m
6.75m+2∗4,5m
L∗H
L+2∗H
⇒ Rh❑=1,928m (30)
Número de Reynolds:
V h=0,00555m/ s
µ=1∗10−4 N .s /m²
Re=
V h∗Rh
µ
⇒ Re=
4,93827 x 10−3m /s∗1,928m
1∗10−4 N .s/m ²
⇒ R e=95,238
(31)
25
Como Re=95,238≤2000, ok! O regime de escoamento é o laminar.
Dimensionamento das calhas:
q l≤0,018∗H∗q
q l≤0,018∗4,5
m∗80m3
m2∗dia
=6,48 l
s
/m (32)
Comprimento total do vertedor:
De acordo com a NBR 12216/1992
Adotamos q l=1,80 l/s/m
Comprimento total do vertedor:
Lvertedor=
Qdec
ql
=0,15m³ /s
1,80 l /sm
⇒ Lvertedor=0,08333
m4
l
∗1000 l
1m3
⇒ Lvertedor=83,3m
(33)
Comprimento da calha (20% de L)
Lcalha=0,2∗C⇒ Lcalha=0,2∗24⇒ Lcalha=4,8m (34)
Número de calhas:
N calhas=
Lvertedor
2∗Lcalhas
= 83,3
2∗4,8
=8,67≈9 (35)
Espaçamento:
Esp= L
N calhas
=4,8
9
=0,53 (36)
Verificação do q l novamente:
27
q l=
Qdec
Lv
=0,15m ³/ s
83,33m
⇒ ql=
150 l /s
83,33m
⇒ ql=
1,8l
s∗m (37)
2.6 REATORES UASB
2.6.1 Vazões de projeto
Sabe se que:
Q d ,med=0,30m
3 /s
Qd , max=Qd ,med⋅K 1⋅K 2
Qd , min=Q d ,med⋅K 3
(38)
Considerando os valores da NBR 9649:
• K1 = 1,2;
• K2 = 1,5;
• K3 = 0,5;
Tem-se:
Qd , med=0,30m
3/ s
Qd , max=Qd ,med⋅K 1⋅K 2=0,54m
3/ s
Qd , min=Qd , med⋅K 3=0,15m
3 / s
(39)
Para a vazão horária de projeto, adotou-se o valor de 0,38m³/s.
2.6.2 Volume e área do rotor
Para calcular tal volume, é necessário conhecer a temperatura média de
Guarapuava, que de acordo com o CLIMATE-DATA, é de 16,7°C. 
O tempo de detenção é dado de acordo com a tabela abaixo:
29
Tabela 7: Relação Temperatura x Tempo 
 
Adotando-se um tempo de detenção de 14h.
Com isso, calcula-se o volume dos reatores:
V reatores=0,3m
3 /s⋅86400 s=25920m3 (40)
Adotando uma altura dos reatores de 7m, tem-se:
A reatores=
25920
7
=3702m2 (41)
Será dimensionando 10 para reatores, e incliuindo 2 reatores adicionais, para
eventuais manutenções. Adotando reatores circulares, com 22m de diâmetro, tem-
se:
A reator=
3702
10
=370,2m²
Aadotada=
π⋅d2
4
=380m ²
(42)
A soma das áreas da seção transversal é dada por: 
A total=π⋅d⋅7m⋅10 reatores=4838m
2 (43)
Disto, velocidade superficial é dada por:
V s , media=
0,3
4838
=6,2×10−5m /s=0,22m /h
V s ,máx=
0,54
4838
=1,12×10−4=0,4m /h
(44)
 
Como os reatores operam com um lodo do tipo floculento (esgoto doméstico),
temos uma recomendação de velocidade superficial de no máximo valores entre 0,5
31
a 0,7 m/h para vazão média e de 1,1m/h para a vazão máxima horária. Com isto, a
velocidade superficial é aceitável nas duas verificações.
A divisão do reator será:
• 3m de compartimento para decantação;
• 4m de compartimento para digestão;
2.6.3 Cargas volumétricas hidráulicas e orgânicas
As cargas volumétricas hidráulicas e orgânicas são dadas por:
CHV= Q
V total
COV=
C (DQO)
Q
C(DQO)=Qmed⋅DQO
(45)
Onde:
• CHV = Carga volumétrica hidráulica (m³/(m³.dia));
• COV = Carga volumétrica orgânica (Kg/(m³.dia)) ;
• C(DQO) = Carga orgânica (kg.DQO/dia);
• DQO = Demanda química de oxigênio (0,764 kg/m³);
Disto:
C(DQO)=23086,592⋅0,764=17637kg /dia
COV= 17637
23086,592
=0,764 kg /m3dia
CHV=23086,59
25920
=0,89m3/m3dia
(46)
Verificando, pois a CHV é menor que 4m³/m³.dia, e a COV é menor que 3,4Kg/m³.
33
2.6.4 Eficiência
A eficiencia em termos de remoção de DQO é dada por: 
E ( DQO )=100(1−0,68 t−0,35)
Onde:
E(DQO) = eficiência do reator UASB, em termos de remoção de DQO;
t = tempo de detenção hidráulica.
Aplicando, tem-se que E( DQO) = 73%.
Disto: 
DQOefluente=0,764⋅(1−73% )=0,21 kg/m
3 (47)
Para o cálculo da eficiência do reator UASB, em termos da remoção de DBO,
tem-se:
E (DBO )=100(1−0,7 t−0,5)
Calculando-se tem E(DBO) = 81,2%;
Disto, DBOefluente = 0,06674kg/m³.
De acordo com estudos, além das eficiências apresentadas,o reator UASB
remove entre 99,9 a 100% dos ovos de helmintos e possuí uma taxa de remoção de
coliformes que fica entre 70 e 90%.
2.7 FILTRO BIOLÓGICO
Após o tratamento realizado pelos reatores UASB, o efluente segue para os
filtros biológicos. Nos filtros biológicos optou-se pela utilização de pedras como
material de enchimento (meio de suspensão), por possuírem um custo menor, serem
mais fáceis de se encontrar e terem uma boa taxa de aplicação. A pedra escolhida
foi Brita 4 com taxa de aplicação volumétrica de DBO de 0,8 Kg/m³.dia. Lembrando
que a DBO remanescente do tratamento nos reatores foi de: DBO = 0,06674kg/m³.
Temos que o volume útil será: 
35
V útil=Q∗24hs∗60min∗60 s∗ConcentraçãoDBO∗T apl
V útil=0,3∗86400∗0,06674∗0,8=1383,92m³
(48)
E, com uma altura do filtro de 2,5 metros, tem-se:
Aútil=
V útil
H
=1383,92
2,5
=553,56m² (49)
Utilizando dois filtros,
A filtro=
Aútil
2
=276,78m² (50)
E assim, o raio dos filtros será,
R=√2 Aπ =13,27→14m (51)
Verificação da taxa de escoamento superficial:
Qmed
Aútil
= 25920
553,56
=46,82 m
3
m2dia
<50→OK‼ (52)
Área necessária de aberturas para ventilação:
A ventilação=A filtro∗0,01=276,78∗0,01=2,7678m ² (53)
37
Cálculo da porcentagem de DBO reduzida, para filtros sem recirculação,
EDBO (% )= 100
[1+0,433∗√WV ] (54)
Onde:
• EDBO (%) = Eficiência na remoção de DBO, em porcentagem;
• W = Carga de DBO aplicada ao filtro, em kg/dia;
• V = Volume do filtro, em m³.
Dessa maneira, será removida 68,7% da DBO remanescente da saída do
UASB. Resultando em um tratamento de 95% da DBO inicial.
39
REFERÊNCIAS
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 12209: Projeto de
estações de tratamento de esgoto sanitário. Rio de Janeiro: Abnt, 1992.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. (1997) NBR 13969: tanques
sépticos: unidades de tratamento complementar e disposição final dos efluentes
líquidos. Projeto, construção e operação. São Paulo. 
ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 7229: Projeto, Construção
e operação de sistemas de tanques sépticos. Rio de Janeiro, 1993. 
41
	1 Objetivos e definições de projeto 5
	2 dimensionamento 9
	REFERÊNCIAS 41
	1 Objetivos e definições de projeto
	1.1 Volume diário a ser tratado
	2 dimensionamento
	2.1 Canal de entrada
	2.2 Gradeamento
	2.3 Desarenação
	2.4 Calha parshall
	2.5 Decantador
	2.6 Reatores uasb
	2.6.1 Vazões de projeto
	2.6.2 Volume e área do rotor
	2.6.3 Cargas volumétricas hidráulicas e orgânicas
	2.6.4 Eficiência
	2.7 Filtro biológico
	REFERÊNCIAS