Projeto ETE Cervejaria - Final1 (1)

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Pontifícia Universidade Católica do Paraná
 ESCOLA POLITÉCNICA
 		CURSO DE ENGENHARIA Química
erica da silva gaspari
fabiane carolina brito pinto
fernanda hiromi muller hiegata
guilherme max liberato contini
henrique da silva pavanello
Dimensionamento de uma ete para o tratamento de 
efluente industrial de cervejaria
CURITIBA
2018
erica da silva gaspari
fabiane carolina brito pinto
fernanda hiromi muller hiegata
guilherme max liberato contini
henrique da silva pavanello
Dimensionamento de uma ete para o tratamento de 
efluente industrial de cervejaria
Trabalho apresentado à disciplina Tecnologia Ambiental do Curso de Graduação em Engenharia Química da Pontifícia Universidade Católica do Paraná como forma parcial de avaliação referente à 2a Parcial.
Orientadora: Prof. Nara Maria Patias
Curitiba, Novembro de 2018.
SUMÁRIO
1	INTRODUÇÃO	4
1.1	Efluentes	4
2	Processo de produção	5
3	Caracterização do efluente	7
3.1	Efluente doméstico	8
4	DIMENSIONAMENTO DO SEPARADOR DE ÓLEOS E GRAXAS	12
5	desarenação	14
6	gradeamento	15
7	PENEIRAMENTO	19
8	sedimentador	21
9	LODO ATIVADO CONVENCIONAL	25
10	Lagoa facultativa	28
10.1	Remocão de DBO solúvel para lagoas do tipo dispersa	29
10.2	Remocão dbo solúvel para lagoas do tipo mistura completa	31
Referências	32
INTRODUÇÃO
A cerveja, produto que surgiu na Mesopotâmia, é uma das bebidas alcoólicas mais consumidas no mundo, participando na maioria das vezes na economia de diversos países. Em seu processo de fabricação, a quantidade de efluentes gerados é muito grande, e também produz uma carga elevada de orgânicos, o que fez os órgãos ambientais considerarem esses efluentes como sendo prejudiciais ao meio ambiente, sendo obrigatório o investimento das industrias em sistemas de tratamento de seus efluentes. (KOCHENBORGER, 2012.)
Nas indústrias de cerveja os efluentes provêm da lavagem de garrafas, das dornas onde ocorrem a fermentação, do bolo das centrifugas, das lavagens dos panos dos filtros, que são processos que liberam efluentes continuamente, das descargas dos pasteurizadores e das lavagens das embalagens, sendo os dois últimos processos semanais. 
Atualmente a maioria das industrias cervejeiras possuem um sistema de tratamento de efluentes em função das características dos efluentes, que no caso das industrias cervejeiras possuem uma grande semelhança com esgoto doméstico, que funciona basicamente por processo físico e biológico. (CETESB,1992.) Habitualmente o tratamento preliminar é feito por grade, peneira e decantado, e o tratamento biológico é realizado por lodo ativado ou reator anaeróbico. (KOCHENBORGER, 2012.)
Efluentes
Efluente é definido como o conjunto de resíduos líquidos lançados para o meio ambiente. O órgão brasileiro responsável pela legislação sobre a emissão dos resíduos é o Conselho Nacional do Meio Ambiente (CONAMA).
Em uma produção de cerveja podemos ter resíduos de várias unidades de processo. A maior parte da composição do efluente vem através das lavagens de pisos, equipamentos e tanques (quando o é adicionado o malte, na estocagem e preparação do mosto). A maior parte das substâncias despejadas vem através dos resíduos do cozimento de malte, de cascas, restos de mosto e restos de produtos químicos. Tais efluentes podem ser tratados de duas formas diferentes: tratamento anaeróbio ou aeróbio, mudando apenas o tipo de microrganismo utilizado. 
Processo de produção
A produção da cerveja consiste nas seguintes etapas: maltagem, brasagem, fervura, resfriamento, fermentação, condicionamento e embalagem. A cerveja é produzida a partir da fermentação do malte, que é a conversão em álcool dos açúcares presentes na cevada, sendo a principal etapa, e para que essa etapa seja efetiva, é necessárias diversas etapas antes dela, e isso inclui a preparação das matérias-primas. Para adquirir as características necessárias de odor, sabor e textura no produto final, é preciso a realização de outros processos de tratamento da cerveja após a fermentação. 
O malte é a fonte de amido da cerveja, sendo responsável pela cor, sabor e densidade do produto, podendo ser grãos de milho, arroz, trigo, aveia e cevada, o qual é o mais utilizado. Na primeira etapa, a cevada é maltada por imersão em água através da germinação, que faz os grãos produzirem enzimas que convertem o amido em açucares fermentáveis, e depois segue para a secagem do grão, o que denomina o malte. Em seguida, no processo de brasagem, o malte é misturado com água criando o mosto. Os amidos então são convertidos em açúcares simples pelas enzimas, processo chamado sacarificação. Ao final dessa etapa, o mosto é drenado. No processo de fervura, o mosto é esterilizado e é adicionado o lúpulo, ingrediente que fornece o amargor característico da cerveja. Feito isso, o mosto é levado ao resfriamento para a temperatura de fermentação, em trocadores de calor, e então é adicionado oxigênio. 
Depois de resfriado e oxigenado, o mosto é levado à fermentação anaeróbica, onde ocorre a conversão dos açúcares presentes em álcool. Após essa etapa se faz o condicionamento, isto é, o envelhecimento da cerveja. Por fim, ocorre o envase na embalagem, que normalmente é feita de alumínio. 
Pode-se observar o processo de fabricação da cerveja de forma resumida na Figura 1.
Figura 1 – Etapas do processo de produção da cerveja
Fonte: CIB, 2018.
Caracterização do efluente
Para cada litro de cerveja fabricado são utilizados entre 4 e 10 L de água no processo e são gerados aproximadamente de 3 a 6 L de efluentes, os quais apresentam carga orgânica, teor de sólidos suspensos e presença de fósforo e nitrogênio; essas características tornam o efluente altamente poluidor com valores moderados e altos de carga orgânica e sólidos em suspensão (1.200 a 3.000 mg/l de DBO, e de 100 a 800 mg/l de sólidos suspensos). Apesar disso, ele é facilmente degradado biologicamente por sistemas convencionais de tratamento (SANTOS, 2005). O quadro 1 apresenta a origem, composição e caracterização dos efluentes de cervejaria. 
Quadro 1: Origem, composição e caracterização dos efluentes de cervejaria.
Fonte: Adaptado de Camargo, 2018.
Os resíduos sólidos gerados nas etapas de filtragem, envase e tratamento de água e dos efluentes são oriundos de vários procedimentos realizados durante o processo. Abaixo, a tabela 1 mostra os resíduos e sua descrição (Santos, 2005).
Tabela 1: Resíduos gerados no processo de cerveja.
	Resíduo
	Descrição
	Grãos Usados
	Utilizados para alimentação na criação de animais
	Excesso de levedura
	O excesso de levedura gerado a mais no processo é vendido para indústria alimentícia
	Resíduos do envase
	Proveniente dos rótulos de garrafas e da pasta celulósica presente neles - Vendidos às empresas de reciclagem
	Terra diatomácea
	Utilizada na etapa de clarificação do mosto. Seu descarte é feito em aterros como material inerte
	Lodo
	Proveniente da ETE. Precisam ser corretamente gerenciados.
Fonte: Santos, 2005
Efluente doméstico
A caracterização do efluente doméstico foi analisada para uma população de 500 mil habitantes. Os dados utilizados são provenientes da cidade de Londrina-PR, a qual apresenta uma média populacional de 500 mil habitantes. O índice de atendimento com rede coletora de esgoto é de 78,93% da população. O sistema de tratamento de esgoto é composto por 4 estações de tratamento (Norte, Sul, Cafezal e São Lourenço ) com capacidade total de 1.660 L/s. Da área atendida com o sistema de esgotamento sanitário atual, 45,3% corresponde a abrangência da ETE Norte, 43,2% da ETE Sul, 6,0% da ETE Cafezal e 5,5% da ETE São Lourenço.  Todas as ETEs possuem dentre as unidades de tratamento os Reatores Anaeróbios de Lodo Fluidizado (RALF). Além disso, são utilizadas de outras unidades de tratamento, como filtro biológico e lagoas, atendendo a necessidade de pós-tratamento.Quanto ao lodo gerado, a SANEPAR possui pesquisa e tem desenvolvido projeto com a utilização do mesmo na agricultura. O quadro 2 mostra dados gerais das ETEs de Londrina e a quadro 3 apresenta as unidades instaladas nas ETEs da cidade.
Quadro 2: Dados gerais das Estações de Tratamento de Efluentes de Londrina.
Fonte: Município de Londrina, 2008.
Quadro 3: Unidades instaladas nas Estações de Tratamento de Esgoto de Londrina.
Fonte: Município de Londrina, 2008.
Para os cálculos da ETE apresentada neste trabalho, utilizaram-se os dados da ETE Sul de Londrina. A tabela2 a seguir mostra os dados do sistema de esgoto sanitário da ETE Sul.
Tabela 2: Análises físico-químicas e bacteriológicas das ETE Sul de Londrina.
	Período Jan. a Nov. 2008
	Limites
	Média
	Mínimo
	Máximo
	Vazão média (L/s)
	Capacidade média   = 512,00
	276,22
	255,67
	308,39
	Vazão Máxima (L/s)
	Capacidade máxima = 825,00
	538,00
	474,00
	697,00
	Volume mês (m³/mês)
	
	726.333,00
	684.784,00
	806.198,00
	DBO Afluente (mg/L)
	
	354,76
	247,70
	612,00
	DBO Efluente (mg/L)
	<=60,00
	27,26
	15,00
	39,70
	Eficiência: % Redução DBO
	
	91,77
	85,51
	95,96
	Sólidos Sed. Afluentes (mL/L)
	
	5,41
	2,00
	15,00
	Sólidos Sed. Efluentes (mL/L)
	<=1,00
	0,20
	-
	0,80
	DQO Afluente (mg/L)
	
	564,91
	499,00
	716,00
	DQO Efluente (mg/L)
	<=150,00
	63,09
	24,00
	93,00
	Sólidos Suspensos (mg/L)
	<=60,00
	44,85
	-
	86,70
	% Redução DQO
	
	88,49
	82,38
	96,00
	N Amoniacal do Afluente (mg/L N)
	
	25,25
	10,10
	34,70
	N Amoniacal do Efluente Final (mg/L N)
	
	27,79
	14,60
	35,30
Fonte: Município de Londrina, 2008.
Contudo, o quadro4 mostra de forma sintetizada a caracterização do efluente industrial e doméstico utilizado para os cálculos do dimensionamento da ETE para uma indústria de cerveja.
Quadro 4: Dados gerais e caracterização do efluente industrial e doméstico para indústria de cerveja.
	Dados gerais
	Indústria
	Cervejaria
	
	População da cidade
	500 mil hab.
	
	Produção Anual
	250.000 m³
	
	Extensão rede coletora
	300 km
	Efluente industrial
	Vazão máxima
	171.235,0 L/h
	
	DBO
	1.300 mg/L
	
	Sólidos Suspensos
	600 mg/L
	Efluente Doméstico
	Cidade de Referência
	Londrina-PR
	
	Vazão média
	1.110.204,0 L/h
	
	DBO
	354,76 mg/L
	
	Sólidos Suspensos
	44,85 mg/L
Fonte: Os autores, 2018.
Dados do projeto
Indústria: Cervejaria
População: 500 mil habitantes
Produção anual: 250.000 m³/ano
Extensão rede coletora: 300 km
Dados para os cálculos da ETE
Efluente industrial:
Vazão máxima: 6 L de efluentes para cada 1 L de cerveja fabricado, portanto,
Assim, a vazão de efluente máxima adotada foi de 171.235 L/h; 
DBO (faixa de 1.200 a 3.000 mg/L) : valor adotado = 1.300 mg/L;
Sólidos Suspensos (faixa de 100 a 800 mg/L): valor adotado = 600 mg/L.
Tratamento biológico de efluentes
O tratamento biológico, apesar de necessitar de uma área extensa para implantação, é uma das alternativas mais economicamente viáveis e eficientes para degradação da matéria orgânica de efluentes, que funciona sob ação de agentes biológicos tais como bactérias, protozoários e algas, podendo ser por tratamento biológico aeróbio e anaeróbio. (TERA, 2013.)
TRATAMENTO BIOLÓGICO AERÓBIO
O tratamento biológico aeróbio utiliza bactérias que necessitam de oxigênio para sua respiração para degradar as substâncias orgânicas mediante de processos oxidativos. (TERA, 2013.)
Nesse processo, os fatores que mais influenciam no crescimento das culturas de microrganismos são a temperatura, o pH, a toxicidade do meio, a disponibilidade de nutrientes, o oxigênio dissolvido (OD) e a insolação, além de ter que obedecer a relação da massa com os nutrientes de Demanda Biológica de Oxigênio (DBO), que variam a cada estação de tratamento. (SAAE, 2006.)
As bactérias responsáveis por este processo de eliminação da matéria orgânica são, em sua maioria, heterótrofas aeróbias e facultativas e promovem a remoção da matéria orgânica com mais eficiência. (TERA, 2013.) Em condições naturais, essas bactérias necessitam de muito menos tempo que as bactérias anaeróbias, que não necessitam de oxigênio para respirar, para processar a matéria orgânica, e delas resultam gás carbônico, água, nitratos, sulfatos e substancias que não afetam a vida vegetal, podendo ser então, descartadas normalmente. (SAAE, 2006.)
Este tipo de remoção de cargas é normalmente aplicado em lagoas aeradas, filtros biológicos e lagoas de lodos ativados, que proporcionam uma maior eficiência. (TERA, 2013.)
Os ramos mais beneficiados por esse tipo de tratamento são as comunidades e as indústrias, principalmente as alimentícias e as de bebidas, devido ao seu grande rendimento na taxa de remoção de matéria orgânica, redução de odores e a grande capacidade de absorver sustâncias difíceis de serem degradadas. Os sistemas de tratamento de lodo ativado, por exemplo, atingem 80% na remoção de matéria orgânica. (TERA, 2013.)
DIMENSIONAMENTO DO SEPARADOR DE ÓLEOS E GRAXAS
Para o dimensionamento do separador, utilizou-se os dados contidos no quadro 4. Primeiramente calculou-se a velocidade mínima de ascensão va pela Lei de Stokes:
 
Sendo,
ρ: massa específica da água
ρo: massa específica da partícula gordurosa
𝜇: viscosidade
d: diâmetro da partícula (da graxa ou gordura)
Pela equação 01, a velocidade de ascensão encontrada foi de 0,00184 m/s. Logo após, foi calculada a velocidade horizontal vH, sabendo que:
 e 
O valor encontrado para vH foi de 0,0276 m/s, portanto, o valor utilizado para atender as condições da equação 02 foi vH = 0,01524 m/s. 
Desta forma, calculou-se a área da secção transversal (AST) pela equação 03 abaixo.
 
Sendo Q a vazão máxima de efluente industrial dado no quadro 4. Dessa forma, o valor de AST encontrado foi de 3,1 m².
Considerando uma altura (h) de 1,1 m e respeitando a relação da altura com largura (B) do separador 0,3 < h/B <0,5, obteve-se B pela equação abaixo.
 
O valor obtido de B foi igual a 2,8 m.
Para o cálculo do comprimento (L) do separador, utilizou-se a seguinte equação 05.
 
Sendo, F o fator de turbulência calculado por meio dos dados do quadro 5 da American Pretroleum Institute (API).
Quadro 5: Fator de turbulência.
Fonte: API, 2018.
Utilizando as relações do quadro 5, o valor de F obtido foi igual a 1,64 e o valor de L calculado foi de 15 m.
Dessa forma, o separador dimensionado acima encontra-se ilustrado na figura 2 a seguir.
Figura 2: Dimensionamento do Separador de óleos e graxas.
Fonte: Os autores, 2018.
desarenação
O processo de desarenação consiste em retirar areia e os sólidos particulados mais pesados, pois estes podem causar diversos problemas nas etapas seguintes do processo de tratamento, como o entupimento de bombas e a deposição de material inerte em decantadores.
A areia é composta principalmente por material inorgânico e abrasivo, como carvão, terra diatomácea, pó de pedra, pedriscos e cascalhos. A granulometria média das partículas encontra-se na faixa de 0.2 a 0.4 mm.
As caixas de areia, equipamentos utilizados para a desarenação, podem ser construídas de duas maneira: a primeira, em canal, reduz a velocidade da vazão do efluente, e consequentemente, a velocidade do material particulado em suspensão; e a segunda, em Aerados, onde ocorre a injeção de ar de maneira que haja a formação de um vortex, que ajuda na sedimentação da areia, além de reduzir o mal cheiro.
Para o presente projeto, foi escolhido para dimensionamento um desarenador do tipo Canal. Os principais parâmetros para sua construção são a velocidade de sedimentação, profundidade da lâmina, vazões volumétricas máxima, média e mínima.
É necessário fazer o cálculo para trêsalturas, cada uma relacionada à uma vazão. Sendo assim, o dimensionamento leva em conta uma altura mínima, uma média e uma máxima.
Para uma vazão mínima de efluente industrial de 23,78 L/s e vazão máxima de 47,60 L/s, encontra-se uma largura nominal de 3’’, um valor de n de 1,547 e um valor de K de 0,176. Calculando de acordo com a equação abaixo.
Com isso, determinou-se um hmin igual a 0,27 m e hmax igual a 0,43 m e a diferença z entre hmax e hmin foi de 0,11 m.
Com o valor de z, calcula-se o comprimento da caixa de areia, de acordo com a equação abaixo.
O comprimento da caixa de areia é de 7,0 m.
O calculo do parâmetro b:
Cálculo de velocidade máxima e velocidade mínima:
vmáx = 0,0864 m/s
vmín = 0,0865 m/s
gradeamento
	Para o dimensionamento da grade de remoção de sólidos grosseiros. Para ao cálculo do volume gerado utilizou-se a seguinte equação: 
 
Onde, Qsr é a quantidade de sólidos retidos em L/m³. Por meio do quadro 6, definiu-se Qsr = 0,038 L/m³ e dessa forma, o espaçamento das barras correspondente foi de 20 mm, classificada como grade média (2-4 cm). O tempo de acumulo adotado foi de 1h e a vazão foi a máxima industrial de 171.235 L/h. 
Quadro 6: Quantidade de sólidos retidos e espaçamento correspondente.
Fonte: ABNT, 2018.
Assim, o volume encontrado foi de 6,5 L. 
	Tendo definido grade média com espaçamento entre as barras de 20 mm, por meio do quadro 7, determinou-se a espessura das barras.
Quadro 7: Abertura ou espaçamento das barras e suas dimensões.
A espessura das barras pode ser 6, 8 ou 10 mm. Foi considerado o valor de 10 mm para os cálculos.
	Pra o cálculo da secção de escoamento (S) utilizou-se a seguinte equação: 
 
Sendo Au a área útil e E a eficiência. Assim, a área útil é dada por:
Onde Q é a vazão volumétrica (Q = 0,0476 m³/s) e vg é a velocidade através das barras, a qual foi considerada igual a 0,75m/s (Dacach, 1991). A área útil calculada foi aproximadamente igual a 0,1 m². 
	Para o cálculo da eficiência pode-se utilizar a equação a seguir ou a relação de a e t mostrados no quadro 8.
 
Onde: a = espaçamento entre as grades
 t = espessura das barras
Os valores de a e t são dados pelo quadro 8, onde obtém-se a eficiência em %.
Quadro 8: Dados para o cálculo da Eficiência do gradeamento.
Assim, para um “t” e “a” já definidos anteriormente como 10 mm e 20 mm, respectivamente, a eficiência determinada foi igual a 67,7%. Assim, voltando a equação 7, a seção de escoamento (S) calculada foi de 0,15 m². 
Para o cálculo da perda de carga na grade (h) suja, utilizou-se a equação a seguir.
 
Onde: vg é a velocidade através da grade, θ é o ângulo da grade com a horizontal (45°), g a gravidade (9,81 m/s²) e f é o coeficiente em função do formato da barra dado pelo quadro 9 a seguir. 
Quadro 9: f: coeficiente em função do formato da barra.
O f adotado foi de 2,42. Assim, a perda de carga (h) calculada foi igual a 0,1.
	Para o cálculo da largura da grade (b) e número de barras (N) utilizou-se as equações a seguir.
 
Considerando uma altura máxima (Hmáx) igual a 0,43 m - encontrada no cálculo do desarenador -, a largura da grade encontrada foi de 0,35 m, e N igual a 12 barras.
PENEIRAMENTO
O peneiramento tem como objetivo a remoção de sólidos com diâmetros superiores a 1mm. É uma etapa imprescindível no processo de tratamento de efluentes, principalmente na indústria cervejeira. Normalmente, as peneiras mais utilizadas possuem malhas com barras triangulares e espaçamento variando entre 0,5 a 2,0 mm. As peneiras são normalmente do tipo estática ou rotativa.
Figura 3 – Peneira Estática comumente utilizada no tratamento de efluentes
Fonte: DOSAQ, 2010.
O dimensionamento de uma peneira utilizada no tratamento de efluentes leva em consideração parâmetros como a vazão volumétrica advinda do gradeamento e a taxa de aplicação. Esses dois parâmetros auxiliam no dimensionamento da área de peneiramento. Para fins de simplificação, a vazão volumétrica utilizada será a Vazão Volumétrica Máxima.
Onde I é a taxa de aplicação, Qmax é a vazão volumétrica máxima e A é a área de peneiramento.
Fazendo uso de uma peneira estática com aberturas no mesh de 0.50 mm, a taxa de aplicação é de 15 m³/m².h.
sedimentador
A remoção de sólidos suspensos depende da capacidade operacional do sedimentador e pode variar de 40 a 70%. Já a remoção de DBO associada ao material particulado, em geral, fica na faixa de 30 a 40%. O efluente de cerveja apresenta sólidos em suspensão de 1.200 a 3.000 mg/L de DBO e de 100 a 800 mg/L de sólidos suspensos. Para o dimensionamento do sedimentador, considerou-se a entrada de 1.300 mg/L de DBO solúvel e 600 mg/L de sólidos suspensos, como já apresentado no quadro 4. A remoção ao final do processo de sedimentação será 40% para DBO solúvel e 60% para sólidos suspensos.
A tabela 3 mostra os dados calculados da concentração e velocidade no sedimentador relacionado ao tempo de sedimentação.
Tabela 3: Dados do sedimentador.
	Tempo (min)
	Interface (cm)
	Velocidade (cm/min)
	Concentração (mg/L)
	0
	51,0
	---
	600,0
	10
	43,5
	7,50
	703,4
	20
	37,0
	6,50
	827,0
	30
	30,6
	6,40
	1000,0
	50
	23,0
	3,80
	1330,4
	80
	17,9
	1,70
	1709,5
	120
	14,3
	0,90
	2139,9
	160
	12,2
	0,53
	2508,2
	200
	11,2
	0,25
	2732,1
	250
	10,7
	0,10
	2859,8
Fonte: Os autores, 2018.
O gráfico da figura 4 mostra os parâmetros encontrados para o tempo necessário para atingir o ponto crítico (θc) e o tempo necessário para o espessamento (θe).
Figura 4: Gráfico da altura da interface versus tempo.
Fonte: Os autores, 2018.
Com os dados obtidos pelo gráfico, foi possível calcular a área do sedimentador pela equação abaixo.
Sabendo que a vazão Q0 é a vazão de efluente industrial igual a 4110 m³/dia (ou 2,85 m³/min), e pelo gráfico θc = 10 min e Z0 = 0,51 m, a área encontrada foi de 55, 96 m².
	A figura 5 mostra o esquema do decantador com a sua altura.
Figura 5: Esquema do decantador.
A altura total do sedimentador é dada por: 
Convencionalmente, a altura da região de líquido clarificado (H1) pode variar entre 0,45 a 0,75 m. Para o projeto foi adotado que H1 é igual a 0,75 m. A altura da região de espessamento (H2) é calculada por:
Onde,
V = volume considerando a área de lodo;
 = massa específica do sólido;
 = massa específica do líquido;
 = massa específica da suspensão;
A = área de decantação ou da secção transversal do decantador;
Q = vazão volumétriac da suspensão alimentada ao decantador;
C = Concentração de sólidos em suspensão alimentada.
Assim, o valor calculado para V foi de 56 m³, logo, o valor de H2 determinado foi de 1,05 m.
A altura do fundo do decantador (H3) é calculado pela equação:
Onde, D é o diâmetro do espaçador, adotado como 2,75 m. Assim, o valor de H3 calculado foi de 0,2 m. Portanto, a altura total do decantador (H) é de 2,0 m.
LODO Ativado
O sistema de lodos ativados acontece da seguinte forma: o efluente do tratamento primário, e o lodo de recirculação, passam para o tanque de aeração para a remoção do substrato. No decantador secundário ocorre a sedimentação da biomassa, o que resulta num um efluente clarificado. Parte lodo sedimentado no decantador é direcionado a uma corrente de reciclo para o tanque de aeração, e outra parte é direcionada para tratamento e/ou para sua destinação final. (DUTRA, 2014).
Esse processo de tratamento proporciona uma boa eficiência devido a recirculação de sólidos, pois a massa liquida possui tempo de permanência inferior ao dos sólidos, fazendo com que a biomassa tenha tempo para metabolizargrande parte da matéria orgânica presente no efluente a ser tratado. (DUTRA, 2014.) 
A biomassa tem a capacidade de formar flocos com granulometria consideravelmente grande, o que faz com eles se sedimentem no fundo do decantador secundário. Esses flocos formam um complexo constituído por microrganismos, sendo as bactérias as maiores responsáveis pela composição da matéria carbonácea e pela estrutura dos flocos.
	Os lodos ativados é um dos tratamentos biológicos mais completos, sendo o sistema mais utilizado para a remoção de nitrogênio e fósforo devido seu baixo custo e alta eficiência. (DUTRA, 2014.)
LODO ATIVADO CONVENCIONAL
O sistema de lodos ativados convencional é um sistema relativamente simples, sendo composto de um decantador primário e um tanque de aeração. Nesse decantador ocorre a remoção de uma parcela da matéria orgânica em suspensão contida no esgoto, antes de passar para o tanque de aeração, fazendo com que aconteça uma economia de energia na no processo de aeração, reduzindo o volume do reator biológico. (DUTRA, 2014.) 
A faixa de idade do lodo nesse processo, que é de 4 a 10 dias, é considerada baixa, logo, requer a estabilização da biomassa retirada do sistema no lodo efluente do tanque de aeração por ainda possuir uma alta taxa de matéria orgânica. Assim, esse efluente segue para adensamento para a remoção de uma parcela de umidade, e em seguida é direcionado a um digestor para sua estabilização. O lodo é adensado com a finalidade de diminuir o volume do lodo a ser tratado. (DUTRA, 2014.)
A figura 6 mostra o esquema do processo de lodo ativado.
Figura 6: Processo de lodo ativado convencional.
	Sendo, So o material orgânico (DBO entrada), chamado de substrato; Se é o DBO na saída; X é a concentração de microorganismos.
Sabendo que a vazão Q é igual a vazão industrial de efluentes (Q = 4.110 m³/dia) e que So é igual ao DBO da saída do processo de sedimentação (DBO = 780 mg/L). Sabendo ainda que a eficiência de remoção de DBO para lodo ativado convencional está na faixa de 85 a 95%, considerou-se neste projeto uma remoção de 85%, então na saída temos S = 117 mg/L de DBO. Dado que a idade do lodo ativado convencional (θc) varia entre 3 a 6 dias, adotou-se 6 dias. Ainda, para esse tipo de lodo, a variação de microorganismos (X) é entre 1.500 a 3.300 mg/L, portanto, neste projeto considerou X = 1.500 mg/L. A quantidade de microorganismos de reciclo (Xlodo) varia entre 8.000 a 12.000 mg/L, assim, considerou-se Xlodo = 10.000 mg/L. Além disso, assumiu-se o coeficiente de respiração endógena (kd) igual a 0,06 d-1, uma vez que para DBO a faixa deste coeficiente é de 0,03 a 0,08d-1. O coeficiente de produção celular (y) foi adotado dentro da faixa para aeróbios (0,4 a 0,8 gssv/gDBO) no valor de y = 0,6 gssv/gDBO. A tabela 4 mostra em resumo a variação de cada parâmetro e os valores utilizados neste projeto.
Tabela 4: Parâmetros para lodo ativado convencional.
	Parâmetro
	Unidade
	Faixa
	Valor adotado
	Remoção DBO
	%
	85 - 95
	85
	θc
	dia
	3 - 6
	3
	X
	mgssv/L
	1.500 - 3.300
	1.500
	Xlodo
	mgssv/L
	8.000 - 12.000
	10.000
	kd
	dia-1
	0,03-0,08
	0,06
	y
	gssv/gDBO
	0,4 - 0,8
	0,6
Fonte: Os autores, 2018.
	Tendo todos os valores necessários para os cálculos, primeiramente determinou-se o volume do reator para o sistema de lodo ativado convencional pela seguinte fórmula.
Assim, o valor obtido foi V = 2.770,8 m³.
	Para o cálculo do tempo de residência hídrica, considerando o volume encontrado (V = 2.770,8 m³) e a vazão de efluentes Q = 4.110 m³/dia, o tempo de residência hídrica foi calculado pela seguinte equação.
O th encontrado foi de 28,1 h devido a quantidade de DBO solúvel ser alta na entrada do lodo ativado (780 mgssv/L). 
A concentração de recirculação (Xr) foi adotada como 1500 mgssv/L. Este valor está dentro dos valores típicos indicados (para lodo ativado convencional = 1.500 a 3.500 mgssv/L). Para a vazão de recirculação adotou-se uma razão de R = 0,7, sabendo que os valores típicos variam entre 0,7<R<1,2. 
Para o cálculo da vazão de recirculação Qr, tem-se que:
Assim, Qr é igual a 2877,0 m³/dia.
	A vazão expurgada do processo (QEX) foi calculada pela equação:
O valor encontrado para QEX foi igual a 120,2 m³/dia. A figura 7 mostra os resultados finais do sistema de lodo ativado convencional.
Figura 7: Cálculo do sistema de lodo ativado convencional.
Fonte: Os autores, 2018.
	O cálculo do tempo necessário para chegar a concentração de microorganismos de recirculação foi feito levando em conta a concentração inicial e final de DBO (So e S), o volume do reator, a vazão de efluentes e o substrato. Através desses dados obteve-se um programa no excel o qual continha as equações mostradas na tabela X.
	µmax*(S/Ks+S)
	(Q/V)*So
	(Q/V)*S
	(µ*X)/y
	dS/dt
	X*(Q/V)
	µ*X
	Kd*X
	dX/dt
	
	Através dessas equações obteve-se o valor da concentração desejada, 1500 mg/L, após 21 dias, seguindo inicialmente da concentração no reator de 100 mg/L de microorganismos através do passo escolhido de 0,01 e da derivada da concentração de DBO pelo tempo.
	
Lagoa facultativa
A lagoa facultativa apresenta a vantagem de ser um processo mais simples do que lodo ativado. A lagoa facultativa conta com uma diversidade de microorganismos, sendo eles: aeróbios, anaeróbios e facultativos. A camada superior da lagoa recebe luz solar e esta é a camada aeróbia. A parte intermediária da lagoa é onde atuam os microrganismos facultativos, já a camada do fundo é onde se deposita a DBO e aí atuam os anaeróbios.
O dimensionamento da lagoa facultativa deste trabalho visou a possível substituição do lodo ativado por uma lagoa facultativa, portanto, os valores de DBO e sólidos suspensos que entram na lagoa são os valores apresentados anteriormente no quadro 4. A altura (H) de uma lagoa facultativa varia entre 1,5 e 3 m, para este projeto adotou-se H = 1,5 m.
A área (A) de exposição a luz solar da lagoa foi calculada pela equação a seguir.
Sendo, L a quantidade de DBO total do efluente, calculado pela soma de DBO solúvel (1.300 mg/L) e sólidos suspensos (600 mg/L), portanto, L = 1900 mg/L. E Ls é a taxa de aplicação superficial (kg DBO5/ha.d) mostrado no quadro 10.
Quadro 10: Tipo de região e faixa correspondente de Ls.
Para o projeto, escolheu-se uma região industrial com inverno quente e elevada insolação e assim, adotou-se o valor de Ls igual a 350 kg DBO5/ha.d. Com isso, o valor da área total calculada foi de 22,3 ha (223.092 m²). A recomendação é que acima de 15 ha utilize-se mais de uma lagoa, portanto, para este projeto, serão utilizadas duas lagoas, sendo cada uma com 11,2 ha (111.546 m²).
Com o valor encontrado da área e tendo determinado a altura, pode-se calcular o volume da lagoa pela equação a seguir.
O volume de cada uma das duas lagoas encontrado foi de 111.546 m³, e com isso calculou-se o tempo de retenção (t) das lagoas.
Sendo, V = volume da lagoa (m³)
 t = tempo de retenção (valor padrão = 15 a 45 dias)
 Q = vazão do efluente (m³/dia), que no projeto é igual a 4109,64 m³/dia.
Assim, o tempo de retenção da lagoa encontrado foi de 40,7 dias. A figura a seguir mostra a ilustração de uma das lagoas.
Figura 8 – Dimensões da lagoa facultativa.
Fonte: Os autores, 2018.
Remocão de DBO solúvel para lagoas do tipo dispersa
De acordo com Arceivala (1981), o cálculo do coeficiente (K) para lagoas do tipo dispersa se dá pela fórmula a seguir.
Assim, o valor de K encontrado foi de 0,190 d-1.
Para o cálculo do número de dispersões (d), utilizou-se a referência de YANEZ e VON SPERLING, mostrado no quadro 11.
Quadro 11 – Valores calculados para d.
Como mostrado na figura 8, L e B são iguais, portanto L/B = 1 e isso associa-se ao valor de d = 0,993 (YANEZ). Com isso, o valor de DBO solúvel (S) ao final do processo da lagoa de regime disperso é obtido por meio da equação a seguir.
 
Sendo,
S – Concentração de DBO efluente(mg/L) 
So – Concentração de DBO afluente = (1.900 mg/L) 
K – Coeficiente de remoção de DBO (0,190 d-1)
t- tempo de retenção total (40,7 d)
d – numero de dispersões (adimensional = 0,993)
O valor encontrado de concentração de DBO solúvel no efluente foi de 94,80 mg/L.
Remocão dbo solúvel para lagoas do tipo 2 em série de mistura completa
O cálculo de DBO solúvel (S) ao final do processo da lagoa de mistura completa em série é obtido por meio da equação a seguir.
Sendo, 
S – Concentração de DBO efluente (1.900 mg/L) 
So – Concentração de DBO afluente (mg/L) 
K – Coeficiente de remoção de DBO (Lagoas primárias – 0,30 a 0,40 d-1)
t- tempo de retenção total (40,7 d)
n – número de lagoas em série (n = 2)
Para o projeto, foi adotado valor de K = 0,35 d-1, assim, a concentração de DBO solúvel no efluente calculado foi de 28,80 mg/L.
	Analisando os dois tipos de lagoas (disperso e duas séries completas) conclui-se que para o mesmo tempo de retenção (40,7 dias) a lagoa do tipo 2 série completa é muito mais eficiente do que a do tipo disperso para tratar o DBO de concentração inicial igual a 1.900 mg/L de entrada, pois na do tipo duas em série completa ao final temos uma concentração de 28,80 mg/L de DBO, já na dispersa temos ao final de 40,7 dias uma concentração de 94,80 mg/L.
Referências
CAMARGO, Renata C. Avaliação do potencial poluidor dos efluentes gerados em processo de fabricação de cervejas (Dissertação de Pós-Graduação). 2012. Universidade de Ribeirão Preto, Ribeirão Preto – SP. Disponível em: <https://www.unaerp.br/documentos/686-renata-campolim-camargo/file>. Acesso em: 08 de Set. 2018.
GOLDAMMER, Ted. Brewer’s Handbook, The CompleteBook To Brewering Beer. Disponível em: <http://www.beer-brewing.com/beer_brewing/beer_brewing_chapters/ch20_wastewater_solid_waste_management.htm>. Acesso em: 08 de Set. 2018.
MUNICÍPIO DE LONDRINA. “Plano Municipal de Saneamento Básico: Relatório de Diagnóstico da Situação do Saneamento”. 2008. Disponível em: <http://acesf.com.br/dados/images/stories/Storage/gabinete/PMSB/esgotamento_sanitario_03_10.pdf>. Acesso em: 08 de Set. 2018.
SAAE. Sistemas de tratamento de esgoto. Disponível em: <https://www.saaeara.com.br/arquivos/outros/Tratamento_de_Esgoto.pdf>. Acesso em: 30 de outubro, 2018.
SANTOS, Mateus Sales dos. Cervejas e refrigerantes / Mateus Sales dos Santos [e] Flávio de Miranda Ribeiro. São Paulo: CETESB, 2005. Disponível em: <http://www.cetesb.sp.gov.br/>. Acesso em: 08 de Set. 2018
TERA. Tratamento biológico aeróbio e anaeróbio de efluentes. Disponível em: <https://www.teraambiental.com.br/blog-da-tera-ambiental/bid/340697/tratamento-biologico-aerobio-e-anaerobio-de-efluentes>. Acesso em: 30 de outubro, 2018.