Aula 3 - Tratamento Preliminar

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NNÍÍVEIS DE TRATAMENTO:VEIS DE TRATAMENTO:
PRELIMINAR PRELIMINAR PRELIMINAR 
TRATAMENTO DE RESTRATAMENTO DE RESÍÍDUOS E DUOS E 
IMPACTOS AMBIENTAISIMPACTOS AMBIENTAIS CONTECONTEÚÚDODO
•• ClassificaClassificaçção dos Processo de ão dos Processo de 
Tratamento quanto ao nTratamento quanto ao níível de vel de 
remoremoççãoão
•• Tratamento PreliminarTratamento Preliminar: : gradeamentogradeamento
e caixa de areiae caixa de areia
Referência
� Jordão & Pessoa. Tratamento de esgotos 
domésticos.2011 Cap 8
Níveis do Tratamento dos Esgotos
Tratamento 
preliminar 
Tratamento 
primário 
Tratamento
terciário ou 
pós-
tratamento
Tratamento 
secundário 
http://site.sabesp.com.br/uploads/file/flash/ete_barueri_liquido.swf
Estação de tratamento de esgoto
FASE 
LÍQUIDA
Exemplo: Sistemas de lodos ativados
lodos
Exemplo 2. Filtro biológico
Etapas de Tratamento Preliminar, 
Alternativas
• Gradeamento
• Peneiras (estáticas e móveis)
• Remoção de areia 
Tratamento preliminar
11
Finalidades da remoFinalidades da remoçção de são de sóólidos grosseiros:lidos grosseiros:
• proteger as unidades subsequentes;
• proteger as bombas , tubulações e outros equipamentos;
• proteger os corpos receptores.
Finalidades da remoção de areia
• evitar abrasão nas bombas e tubulações;
• evitar obstrução em tubulações;
• facilitar o transporte do líquido.
• proteger as unidades subsequentes;
• proteger as bombas , tubulações e outros equipamentos;
• proteger os corpos receptores.
• evitar abrasão nas bombas e tubulações;
• evitar obstrução em tubulações;
• facilitar o transporte do líquido.
GRADEAMENTO E CAIXA DE AREIA
• Gradeamento.constituído por dispositivos de 
retenção e remoção
•
Etapas de Tratamento Preliminar, 
Alternativas
Proteção de dispositivos de 
transportes dos esgotos, como 
moto-bomba, tubulações, etc. e 
dispositivos do tratamento de 
esgoto, como raspadores, 
aeradores, dentre outros
Dispositivos de retenDispositivos de retenççãoão
� Barras de ferro ou aço dispostas paralelamente, 
verticais ou inclinadas - permite fluxo normal 
esgoto projetada para reter o material a ser 
removido com baixa perda de carga.
Espaçamento entre barras:
-grosseiras --------------4,0 a 10cm
-médias ----------------- 2,0 a 4,0cm
-finas---------------------1,0 a 2,0cm
-ultrafinas ou peneiras---3 a 10 mm
SEÇÃO TRANSVERSAL DAS BARRAS
-GROSSEIRA-------- 0,95 X 5,00
0,95 X 6,35
1,27 X 3,81
1,27 X 5,0 CM
_______________________________________________
-MÉDIA 0,79 X 5,0
0,95 X 3,81
0,95 X 5,00
__________________________________________________________
FINA 0,64 X 3,81
0,79 X 3,81
0,95 X 3,81
 
 
 
 Grade Grosseira Grade Média
ETE Suzano
ETE Suzano
Gradeamento
(Remoção de Sólidos Grosseiros) TRATAMENTO PRELIMINAR
grade para resíduos grosseiros
Grade para resíduos grosseiros ETE Onça
� Dimensão das barras
-robusta – impactos e esforços devido procedimentos 
operacionais e acúmulos de materiais retidos, 
agravados com variações de desníveis do líquido à
montante e à jusante
Dispositivos de retenDispositivos de retenççãoão Inclinação das grades
� Instaladas verticalmente ou inclinadas.
� As grades grosseiras são normalmente de limpeza manual 
e inclinadas mas podem ser instaladas na vertical, desde 
que sejam dotadas de mecanismo de limpeza.
� grades médias e finas de limpeza manual: - inclinações com 
a horizontal de 45°a 60º . Mecanizadas, inclinadas ou verticais 
(60 a 90°)
� Grades ultrafinas (ou peneiras): sempre mecanizadas (70 e 
85°)
� As inclinações, de 70 a 85% apresentam maior rendimento do 
que as grades verticais porque a inclinação evita que o material 
se desprenda facilmente do rastelo
Dispositivos de remoção
� Material retido – removido rapidamente –
evitar represamento do esgoto no canal a 
montante
� Pode ser manual ou mecanizada (rastelo 
mecanizado)
� Manual ---ancinho
Limpeza manual
Mecanizadas
Profundidade do canal > que 2m ou 
vazões > 50L/s
Automação para vazões > 200L/s.
Dispositivos de remoDispositivos de remoççãoão
Pode ser controlada automaticamente 
por temporizador (timer)
ou por flutuadores
Grade Mecanizada – ETE Piçarrão (Campinas/SP) TRATAMENTO PRELIMINAR
Grades Finas Mecanizadas
DISPOSITIVOS DE REMOÇÃO E 
QUANTIDADE DE MATERIAL RETIDO
Ancinhos 
(Rastelo)
Mecânicos
Manuais
Espaçamento (cm) 2,0 2,5 3,0 4,0
Quantidade (L/m3) 0,038 0,023 0,012 0,009
Condicionamento 
do material retido
Lavagem
Secagem
Adição de 
substâncias 
químicas
Funcionamento das grades
� Condicionados à passagem dos esgotos através dos 
espaços livres entre as barras, ou seja à velocidade 
de passagem e à perda de carga localizada 
ocasionada pelo acúmulo do material.
A) Velocidade de passagem entre as barrasA) Velocidade de passagem entre as barras
� Não deve ser muito elevada-não arrastar o 
material previamente retido nem muito baixa 
– não permitir acúmulo de material de 
sedimentação.
� Recomenda-se velocidade mínima de 
0,60m/s e máxima de 1m/s para a vazão 
máxima de projeto.
� De acordo com a norma brasileira: igual ou 
inferior a 1,20m/s
B) Perda de cargaB) Perda de carga
� Admite-se, para efeito da manutenção da velocidade e 
perfil hidráulico, a obstrução de até 50% da lâmina 
d’água no canal da grade, nas unidades de limpeza 
manual.
� Valores mínimos indicados:
� Grade de limpeza manual: 0,15m
� Grade limpeza mecanizada: 0,10m
Dimensionamento
Sequência de procedimentos:
� Seleção do tipo de grade:
� Dimensionamento do canal da grade e
� Avaliação da perda de cargas local
Dimensionamento
Seleção do tipo de grade: definido em função 
dos seguintes fatores:
� localização; 
� vazão afluente e 
� eficiência da grade
localização
� Área necessária para a instalação da unidade e 
para a circulação requerida (operações de remoção 
e transporte do material retido e operações de 
manutenção da grade)
� Dimensões do canal da grade, em largura e 
profundidade
� Levar em conta o manuseio do material gradeado, 
como possível fonte de gases mal odorantes e 
tóxicos
� Atualmente, prefere-se manter apenas 
grade grosseira a montante de 
elevatórias e as de menor espaçamento –
médias, finas e ultrafinas –a jusante 
das bombas----
Maior facilidade operacional e manutenção, 
canais com pouca profundidade e em 
cotas mais elevadas na ETE
Vazão afluente
� Definirá módulos de implantação e a 
quantidade de grades a serem instaladas por 
módulo. 
� De acordo com o tipo de grades, haverá uma 
limitação de sua largura e profundidade, portanto 
do tipo e número mais adequado de grades para 
cada módulo.
� Definição mecanismo para limpeza – função da 
profundidade do canal afluente e quantidade de 
sólidos no esgoto.
� Para profundidades acima de 3 metros – grades 
com limpeza mecanizada
Eficiência da grade
� Sendo:
� E = eficiência da grade
� a = espaçamento entre barras
� t= espessura das barras
E = a/a+t
Dimensionamento do 
canal afluente à grade
� A área útil – Au na seção da grade, representada 
pela área livre entre as barras, é limitada pelo 
nível d’água e corresponde à velocidade de 
passagem (v) e à vazão de projeto – (Q)
� Au = Q/v
� seção S do canal junto à grade:
S = Au/E = Au x [(a+t)/a]
Dimensionamento do 
canal afluente à grade Dimensionamento do 
canal afluente à grade
A largura do canal afluente à grade poderá ser 
aumentada para atender a velocidade de passagem 
entre as barras, resultando uma velocidade de 
aproximação vo na seção imediatamente antes da 
grade, menor que a velocidade v fixada para 
projeto, tal que:
VO = Q/S
Determinação da perda de carga na 
grade
� Hf = (v2 – vo2)/1,43 x g
Sendo:
hf = perda de carga,m
v = velocidadedo fluxo através das barras, m/s
Vo = velocidade imediatamente a montante da 
grade, m/s
g = aceleração da gravidade, 9,8m/s2
Recomendações da ABNT
� O dimensionamento das grades de barras deverá ser 
em função da vazão máxima afluente a cada unidade
� Em elevatórias de pequeno porte – até 50L/s, com 
profundidades do canal menor que 4m, que não 
necessite de limpeza contínua optar por grades de 
limpeza manual.
� Em EE médias, entre 50 e 500L/s ou com 
profundidades maiores ou com elevado teor de 
sólidos optar por instalar grades com remoção 
mecânica.
ETE SANTA MARIA
a
Exercícios de aplicação
� Projetar uma grade mecanizada para as 
seguintes condições:
1. Esgoto afluente
� Vazão média = 0,30m3/s
� Coeficiente de pico = 1,95
� Profundidade da lâmina d’água determinada pelas 
condições do conduto afluente= 0,70m
2. Grade
� Mecanizada
� Inclinação= 70°
� Espaçamento entre barras, a = 12mm
� Barras retangulares = 6,4 x 38,1 mm
3. Condições de escoamento na grade
� Vmax = 1,20 a 1,40 m/s
� Vmed = 0,60 a 1,00m/s
Solução
a) Vazão máxima de projeto:
Q =1,95 x 0,30 = 0,585 m3/s
� b)Área útil na seção da grade, Au:
Au = Qmax/v max
Au = 0,585/1,20 = 0,487m2
c) Eficiência da grade
E = a/a+t
12/12+6,4=0,650
d) Seção no local da grade
S = Au/E
S=0,487/0,650 = 0,75m2
e) Largura da grade:
L = S/h = 0,75/0,7 = 1,07m
Fixado Largura L= 1,00m
f) Revisão dos cálculos para a largura L = 1,00m
•L = 1,00m
•h = 0,70m
•S = 1,00 x 0,70 = 0,70m2
•E= 0,65
•Au = 0,65 x 0,7 = 0,46m2
� Vmax = Qmax/Au = 0,585/0,46 = 1,29 m/s
� Vmed = Qmed/Au = 0,300/0,46 = 0,65m/s
g) Cálculos para o canal afluente à grade (admitir a mesma seção 
no trecho afluente e na seção da grade):
� Largura = 1,0 m
� Velocidade de aproximação vo para a vazão máxima:
Vo = Qmax/S 
= 0,585/0,70x 1,00 = 0,84 m/s
� Velocidade de aproximação vo para a vazão média
� Vo = Qmed/S = 
= 0,30/ 0,7 x 1,00 = 0,43 m/s 
h) Número de barras Nb e de espaçamentos 
Ne da grade:
Ne = Nb + 1 
(Ne x a) + (Nb x t) = L
[(Nb + 1) x a]+(Nb x t) = L
[(Nb + 1) x 12 + (Nb x 6,4) = 1000 mm
Nb = 54 barras de 6,4 x 38,1 mm
Ne = 55 espaçamentos de 12 mm
i) Perda de carga na grade (limpa pelo rastelo 
acionado)
� Para Q max:
hf = (v2 – vo2)/1,43 x g
hf = 1,292 – 0,842/1,43 x 9,81
hf = 0,07m 
� A norma recomenda adotar a perda mínima de
0,10m nas grades mecanizadas e 0,15m nas de 
limpeza manual.
� no caso de limpeza manual, a perda seria 
calculada com a situação de grade suja, uma vez 
que as limpezas não são seguidas como ocorre 
com as grades mecanizadas, nesse caso se 
adotaria a seção de escoamento na grade suja igual 
à metade da área útil
SISTEMA DE GRADEAMENTO
•Detalhes Construtivos
PNB-569 e PNB-570
•Outros dispositivos de remoção de sólidos grosseiros
� Grades de barras curvas
� Peneiras estáticas
� Peneiras de tambor rotativo
Grades
TRATAMENTO PRELIMINAR
� Peneiras (grades ultra finas)
Pequenas aberturas – de 0,25 a 10mm –
remoção de sólidos muito finos ou fibrosos
Etapas de Pré-Tratamento, 
Alternativas
• Peneiras . Sistemas que podem ser classificadas , 
em função do tipo de remoção do material retido: 
Estáticas ou móveis
–Peneiras Estáticas.
. Não requerem energia e não possuem peças móveis
•São mais simples, apresentando baixo custo de 
operação e manutenção, e eficiência menor.
•Deposição de camada fina de sólidos que exige remoção 
constante.
•Espaçamento entre barras - de 0,25 a 2,50 mm
Etapas de Pré-Tratamento, 
Alternativas
Peneira Estática
ETE Pq. Novo Mundo
Peneiras
(Remoção de Sólidos Finos ou Fibrosos) 
Peneira Estática
Sólidos 
Retidos
Efluente
Afluente
Peneiras móveis
� - Operação contínua com pouca obstrução dos crivos.
� - Maior capacidade de remoção de partículas finas.
� - Encontra maior aplicação aos sólidos finos não 
decantáveis (flotáveis por natureza): fibras, cabelos, 
sementes, filtros de cigarro, preservativos, tampas e 
fragmentos de plásticos.
Etapas de Pré-Tratamento, 
Alternativas
• Peneiras Móveis.
– Cilindros (tambores) Rotativas.
� Em função do sentido do fluxo afluente, são classificadas 
em:
� De fluxo tangencial e 
� De fluxo axial
Os dois modelos recolhem o efluente líquido em canaletas
localizadas abaixo do cilindro de barras com aberturas entre 
0,25 a 2,50m.
Etapas de Pré-Tratamento, 
Alternativas
– Cilindros (tambores) Rotativas 
de fluxo tangencial ou externo.
• O afluente é carregado na 
parte superior do tambor. A 
fração líquida atravessa os 
crivos, depositando-se na sua 
parte inferior. A fração sólida 
adere à superfície, sendo 
retirada por uma lâmina de 
raspagem.
� Fluxo axial (contra shear) ou interno com 
tambor rotativo: admissão do líquido 
internamente no sentido do eixo de rotação do 
cilindro, e à remoção do material retido
Efluente líquido
Peneira de 
tambor 
rotativo
Peneira de tambor rotativo
� Peneira móvel de fluxo frontal (tipo escalar 
ou escada)
- conjunto de barras com 
espaçamento reduzido, de 0,6 
a 10,0 mm, que se deslocam 
continuamente alçadas por 
uma roda guia, ao longo da 
seção do canal em que são 
instaladas 
Peneiras móveis de fluxo frontal
Remoção de areia
Remoção de areia
Remoção de areia manual e mecanizada, 
por sedimentação;
Tal remoção é necessária para:
evitar desgaste nos equipamentos e tubulações;
evitar o assoreamento da unidade que pode 
comprometer sua vida útil;
eliminar ou reduzir a possibilidade de entupimentos em 
tubulações, tanques, orifícios;
facilitar o transporte líquido;
Etapas de Tratamento Preliminar 
Desarenador em canal Desarenador mecanizado
� Caixas de areia: Remoção de areia através 
de sedimentação, sem que haja remoção 
conjunta de sólidos orgânicos.
� As caixas de areia podem ser:
� do tipo canal com velocidade constante 
controlada por Calha Parshall
� seção quadrada em planta, com remoção 
mecanizada de lodo ou caixa de areia aerada
Tipos de caixas de areia
Classificação em função das características:
� De acordo com a forma: prismática, cilíndrica
� De acordo com a separação sólida-líquida: por gravidade 
(natural e aerada), por centrifugação (vórtex e centrífuga)
� De acordo com a remoção: manual, ciclone separador, e 
mecanizada (raspador, bombas centrífugas, parafuso, air lift, 
caçambas transportadoras;
� De acordo com o fundo: plano, inclinado, e cônico
Grade e Caixa de Areia
Dispositivos de remoção
� A remoção manual exige a paralisação da 
unidade de retenção, de modo que, com a 
drenagem do líquido retido na câmara, a areia 
possa ser facilmente removida. – neste caso o 
projetista deve incluir dispositivos necessários ao 
isolamento da unidade.(unidade extra de caixa 
de areia ou por meio de tubulações de desvio “by
pass”
� Observação: para unidade não patenteada
Caixa de areia da ETE de São Lourenço da Serra/SP (SABESP)
operação de dois canais desarenadores pela 
manobra de comportas 
Remoção mecânica
� Dispositivos transportadores de areia, que 
removem continuamente a areia acumulada em 
depósitos especificamente projetados
� .
Remoção mecânica
� Transportadores mais comuns: esteiras, caçambas, 
raspadores, air lift, bombas especiais, sistema 
clamshell movido por um sistema mecanizado 
acionado ao longo de um sistema de monovias.
caixa de areia de seção quadrada em planta, com dispositivo de 
remoção mecanizada da areia retida. 
Caixa de areia mecanizada em operação - Desarenadoras com raspagem de fundo.
� O emprego de caixas de areia após as EE tem tido 
grande aceitação no projetos atuais
Localização da caixa de areia
Fluxograma da ETE Jundiaí
Caixa de areia prismática 
retangular por gravidade
1. Funcionamento
Condicionado ao comportamento do esgoto ao longo dacâmara de sedimentação. O trajeto das partículas de areia é
condicionado por dois tipos de velocidades induzidas aos 
sólidos carreados, ou seja:
� velocidade de sedimentação no caso da partícula de areia 
de menor diâmetro (0,2mm) e menor densidade (2,65) que se 
deseja remover, foi avaliada em 0,02 m/s
L
v1
v2h
� Velocidade crítica do fluxo longitudinal do esgoto 
ao longo da caixa de areia, a partir da qual ocorre 
arraste das partículas que se deseja reter, ou 
daquelas já sedimentadas, suscetíveis à influência 
dessas velocidades
Estudos científicos mostraram a existência de uma força trativa
crítica que provoca o arraste, função das dimensões e da 
densidade da partícula de areia e da velocidade crítica do 
escoamento
VELOCIDADE CRÍTICA DAS PARTÍCULAS DE AREIA
Diâmetro das partículas Velocidade crítica
0,1 0,16
0,2 0,23
0,4 0,32
Na prática, a caixa de areia remove partículas 
com diâmetros mínimo de 0,2mm
Nas caixas de areia convencionais: velocidade 
do fluxo de escoamento em torno de 0,30m/s
Velocidades em torno de 0,15m/s causarão a 
sedimentação de matéria orgânica, provocando 
odores desagradáveis
ETE SANTA MARIA
DIMENSIONAMENTO
H
1
V1h
V2s
L
tVL h.=
tVH S .=
L
HVV hS
.
=
smV
s
/02,0=
smVh /3,0=
HL .15= Prática de Projeto
HL .5,22=
� Largura da caixa de areia
conhecendo-se os valores:
Q = vazão dos esgotos, m3/s; h = altura d’água (m) e
v1 = velocidade do fluxo (m/s)
Q = S.v = b.h.v
Sendo b = largura do canal para secção retangular (S)
b= Q/v.h
Indicação da norma
a) Seção transversal deve ser tal que a velocidade de 
escoamento esteja na faixa de 0,20 a 0,40 m/s
b) No fundo e ao longo do canal deve ser previsto espaço para a 
acumulação do material sedimentado, com seção transversal 
mínima de 0,20m de largura, no caso de limpeza manual a 
largura mínima deve ser de 0,30m
c) Uma seção de controle deverá ser prevista a jusante do 
desarenador, com o objetivo de manter o mais possível 
constante a velocidade do escoamento.
Controle da velocidade
� Dificuldade projeto e operação caixa areia: manter a 
velocidade desejada com a variação da vazão. Utiliza-se, 
então, uma seção de controle no final da caixa de areia, que 
faça com que a altura da lâmina d’água varie de acordo com a 
vazão, mantendo aproximadamente constante a velocidade do 
fluxo na câmara de sedimentação.
� Seções mais utilizadas:
- vertedores tipo sutro
- calhas tipo Parshall
- calhas tipo Palmer Bowlus
Controle da velocidade por Calha 
Parshall
� É possível garantir vel. cte de fluxo na câmara de 
sedimentação da caixa de areia instalada à
montante da calha Parshall – se a seção da caixa 
for corretamente dimensionada e construída
Controle da velocidade através de calha Parshall
Para se manter a mesma velocidade na caixa de areia tipo canal com velocidade constante
controlada por calha Parshall, para Qmín e Qmáx, tem-se:
ZH
ZH
Q
Q
máx
mín
máx
mín
−
−
=
.
.'
.
 H Y HJ
 HM
 Z
Vantagens deste dispositivo:
� Autolimpeza, devido velocidade do fluxo 
submetido a regime crítico de escoamento:
� Perda de carga desprezível:
� Capacidade de manter proximamente ctes as 
velocidades de escoamento: e
� É um excelente medidor de vazões
Calhas Parshall CALHA PARSHALL
K – diferença da cota do fundo de 
montante e jusante
� Expressão de Azevedo Netto
Q = 2,2Wh3/2
A correlação entre Q e h são válidas para escoamento em descarga 
livre
ETE SANTA 
MARIA
ETE SANTA 
MARIA
Exemplo
� Para uma vazão média de 200L/s, considerando uma vazão 
mínima de 100L/s e uma vazão máxima de 360 L/s, adotar 
uma calha Parshall para medir vazão e verificar a altura 
correspondente no ponto de medição
Solução:
Escolher a calha apropriada para faixa de vazão
W=0,305 para faixa de 3,11 e 455,6L/s
De acordo com Azevedo Netto - Q = 2,2Wh3/2
h = [Q/(2,2.W)]2/3 - para a vazão média tem-se:
h = [0,200/2,2 x 0,305)]2/3 = 0,446m
Controle da velocidade 
� Dimensiona-se a caixa de areia retangular com seção 
trapezoidal, e instala-se uma calha Parshall imediatamente à
jusante do desarenador, e fazendo com que o fundo da calha 
(no início da seção convergente) se situe a uma distância z 
abaixo do fundo da caixa de areia.
� Assim variações de vazão correspondem variações 
proporcionais de altura d’água, mantendo praticamente 
inalterada a velocidade de escoamento
� Q = S.v = [b(h-z)].v
Qmin/Qmax = hmin – z/hmax-z
Z = (Qmax.hmin – Qmin.hmax)/Qmax - Qmin
Continuação exercício anterior
Determinar as dimensões da caixa de areia, o rebaixo z entre a 
calha e o desarenador, e verificar as velocidades 
correspondentes nas diversas vazões.
� Altura das lâminas de água no Parshall:
Q = 2,2Wh3/2 h = [Q/(2,2.W)]2/3
Para as vazões min. , max e média as alturas da lâmina serão:
-Qmin = 0,100m3/s -----hmin = 0,28m
-Qmáx = 0,360 m3/s ----hmax = 0,66m e
-Qmed = 0,200m3/s -----hmed = 0,44m
� O rebaixo será
Z = (Qmax.hmin – Qmin.hmax)/Qmax – Qmin
Z= (0,36*0,28) – (0,10*0,66)/(0,36 – 0,10)
Z = 0,13m
� Para a caixa de areia de seção retangular, com largura b em 
que se deseja manter a velocidade de escoamento v no 
entorno de 0,30m/s (nunca superior a 0,40m/s):
� b= Q/v.h
b = Qmed/(hmed – z).v
b = 0,20/ (0,44 – 0,13)0,3 = 2,15m
Comprimento: L = 22,5(hmed – z) = 6,97m = 7m
� As velocidades podem ser verificadas para a 
situação de vazão máxima e mínima:
V max = Qmax/ b (hmax – z) 
V max= 0,36/2,15(0,66 – 0,13) = 0,32 m/s
Vmin = Qmin/b(hmin – z)
Vmin = 0,10/2,15(0,28 – 0,0,13) = 0,31m/s