TCC Dimensionamento de estação de tratamento de esgoto

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TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO 
 
 
 
DIMENSIONAMENTO DE ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DE ESGOTO (ETE) PARA 
A CIDADE DE ANANINDEUA-PA 
 
 
 
Jennifer Silva Mendes 
 
 
Professor Dr. Marcio Ricardo Salla 
 
 
Uberlândia, dezembro de 2017. 
 
 
 
 
 
 
Jennifer Silva Mendes 
 
 
 
DIMENSIONAMENTO DE ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DE ESGOTO (ETE) PARA 
A CIDADE DE ANANINDEUA-PA 
 
 
 
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado à 
Coordenação do Curso de Engenharia Civil como 
exigência para a obtenção do grau de Engenheiro 
Civil. 
Prof. Dr. Marcio Ricardo Salla 
 
 
 
Uberlândia, dezembro de 2017. 
 
 
AGRADECIMENTOS 
Agradeço, primeiramente, a Deus, por ter me acompanhado e por ter me dado saúde e força para 
superar todas as dificuldades do curso e deste trabalho. 
Agradeço a minha mãe, Cristiane, e meu pai, Cleiton, que me incentivaram em todos os anos que 
estive na faculdade. Agradeço o meu pai em especial, que se graduou na Universidade Federal de 
Uberlândia e se tornou o melhor professor de matemática do mundo, me apoiando em todas as 
dificuldades que tive nos cálculos do curso. 
Muito obrigada também a minha madrinha, Cláudia, que me consolou nos momentos em que 
estava desanimada e pretendendo desistir do curso. 
Agradeço também as minhas avós, Sônia e Zilda, que me aconselharam da maneira mais simples, 
humilde e carinhosa, me dando força e coragem para enfrentar cada etapa desta trajetória. 
Agradeço aos meus amigos: Danielle, Olianna, Paula, Laura, Anderson, Monteiro, Juliana e tantos 
outros que sempre torceram por mim e me apoiaram. 
Um muito obrigada a todos os professores da Faculdade de Engenharia Civil da UFU, agradeço 
pela paciência, pela partilha de conhecimento e pelos ensinamentos para a vida. 
Agradeço ao meu professor orientador Márcio Salla por gentilmente ter me ajudado e me apoiado 
no decorrer deste trabalho, me fornecendo todo o suporte necessário. 
Enfim, agradeço a todas as pessoas que fizeram parte dessa incrível jornada em minha vida. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
RESUMO 
Todo cidadão possui o direito de acesso à saneamento básico. O esgotamento sanitário é garantido 
por diretrizes e legislações nacionais, e deve ser planejado e executado de forma adequada à saúde 
pública e à proteção do meio ambiente. O esgoto gerado pelas cidades precisa ser coletado e tratado 
a fim de que parte de seus poluentes sejam removidos antes do lançamento final, geralmente cursos 
d’água. A cidade de Ananindeua-PA não possui coleta e tratamento de esgotos, predominando a 
utilização de fossas sépticas nos quintais das residências. O tratamento de efluentes é classificado 
em quatro etapas: preliminar, primário, secundário e terciário. O objetivo desse trabalho foi 
dimensionar uma Estação de Tratamento de Esgoto (ETE) para atender as necessidades da 
população de Ananindeua-PA, bem como colocar em prática todo o conteúdo visto na disciplina 
de Tratamento de Águas Residuárias. Para o tratamento preliminar, dimensionou-se o 
gradeamento seguido de caixa de areia e decantadores para o tratamento primário. Lagoas 
(facultativas, anaeróbias seguidas de facultativas e aeradas), filtros biológicos (de único ou dois 
estágios), Reator Anaeróbio de Fluxo Ascendente (RAFA) e lodos ativados são alguns dos 
processos biológicos mais utilizados no tratamento secundário para reduzir a carga poluidora dos 
efluentes. Optou-se pelo dimensionamento de dois processos: filtro biológico e Reator Anaeróbio 
de Fluxo Ascendente (RAFA). Logo em seguida, foi realizada uma análise comparativa entre os 
métodos de tratamento escolhidos, levando em consideração os parâmetros de área implantação e 
eficiência de remoção de matéria orgânica. Considerando estes parâmetros, o reator de manta de 
lodo foi o processo biológico mais indicado para o tratamento secundário, pois apresentou menor 
área de implantação e eficiência de remoção de matéria orgânica de aproximadamente 71%. Os 
parâmetros utilizados são importantes para a escolha do processo de tratamento mais adequado, 
entretanto estudos futuros relacionados aos custos e geração de resíduos poderiam determinar o 
método menos oneroso. 
 
5 
 
SUMÁRIO 
 
1 INTRODUÇÃO ........................................................................................................................... 8 
1.1 Área de estudo ....................................................................................................................... 9 
2 OBJETIVO ................................................................................................................................... 9 
3 JUSTIFICATIVA ....................................................................................................................... 10 
4 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ................................................................................................... 10 
4.1 Esgotamento sanitário ......................................................................................................... 10 
4.1.1 Sólidos .......................................................................................................................... 11 
4.1.2 Indicadores de matéria orgânica ................................................................................... 11 
4.1.2.1 Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO5) .......................................................... 12 
4.1.2.2 Demanda Última de Oxigênio (DBOu) ................................................................. 12 
4.1.2.3 Demanda Química de Oxigênio (DQO) ................................................................ 12 
4.1.3 Nitrogênio ..................................................................................................................... 12 
4.1.4 Fósforo ......................................................................................................................... 13 
4.1.5 Indicadores de contaminação fecal .............................................................................. 13 
4.2 Tratamento de águas residuais ............................................................................................ 15 
5 DESENVOLVIMENTO ............................................................................................................ 16 
5.1 Escolha e análise da área de implantação da ETE .............................................................. 16 
5.2 Levantamento de dados e características de Ananindeua ................................................... 17 
5.2.1 Estimativa populacional ............................................................................................... 18 
5.2.3 Cálculo das vazões máxima, média e mínima de esgoto ............................................. 19 
5.3 Tratamento preliminar ......................................................................................................... 23 
5.3.1 Dimensionamento da caixa de areia e calha Parshall ................................................... 24 
5.3.1.1 Seleção da calha Parshall ...................................................................................... 24 
5.3.1.2 Altura d’água no Parshall ...................................................................................... 28 
5.3.1.3 Rebaixo do Parshall ............................................................................................... 28 
6 
 
5.3.1.4 Altura d’água na caixa de areia ............................................................................. 28 
5.3.1.5 Largura da caixa de areia ...................................................................................... 29 
5.3.1.6 Verificação da velocidade na caixa .......................................................................29 
5.3.1.7 Comprimento da caixa de areia ............................................................................. 30 
5.3.1.8 Quantidade de material retido ............................................................................... 30 
5.3.1.9 Profundidade de depósito ...................................................................................... 30 
5.3.2 Dimensionamento do gradeamento .............................................................................. 31 
5.3.2.1 Dimensões e aberturas das barras .......................................................................... 31 
5.3.2.2 Inclinação das grades ............................................................................................ 32 
5.3.2.3 Velocidade nas grades ........................................................................................... 32 
5.3.2.4 Área útil do canal afluente à grade ........................................................................ 32 
5.3.2.5 Área da seção transversal do canal ........................................................................ 32 
5.3.2.6 Largura do canal .................................................................................................... 33 
5.3.2.7 Verificação da velocidade para a vazão mínima ................................................... 33 
5.3.2.8 Perda de carga na grade ............................................................................................. 34 
5.3.2.9 Disposição em relação ao emissário ...................................................................... 35 
5.4 Tratamento primário ............................................................................................................ 37 
5.4.1 Taxa de escoamento superficial ................................................................................... 37 
5.4.2 Profundidade mínima do decantador ............................................................................ 38 
5.4.3 Número de unidades do decantador ............................................................................. 38 
5.4.4 Área e volume útil de cada decantador ........................................................................ 39 
5.4.5 Tempo de detenção hidráulica ...................................................................................... 39 
5.4.6 Dimensões do decantador ............................................................................................. 40 
5.4.7 Velocidade horizontal do escoamento .......................................................................... 41 
5.4.8 Remoções esperadas ..................................................................................................... 41 
5.4.9 Poços de lodo ............................................................................................................... 42 
5.4.10 Descarga de fundo ...................................................................................................... 44 
7 
 
5.4.11 Vertedores de saída .................................................................................................... 47 
5.4.12 Dimensões das calhas de coleta de efluente ............................................................... 48 
5.5 Tratamento secundário ........................................................................................................ 51 
5.5.1 Métodos comparativos de sistema de tratamento ......................................................... 52 
5.5.2 Filtro biológico ............................................................................................................. 54 
5.5.2.1 Filtro biológico de um único estágio ..................................................................... 54 
5.5.2.2 Filtro biológico de dois estágios ............................................................................ 63 
5.5.3 Reator anaeróbio de fluxo ascendente (RAFA) ........................................................... 70 
5.5.3.1 Dimensionamento dos coletores de gases ............................................................. 79 
5.5.3.2 Dimensionamento das aberturas (passagens) para o decantador .......................... 80 
5.5.3.3 Dimensionamento do compartimento de decantação ............................................ 81 
5.5.3.4 Avaliação da produção de lodo ............................................................................. 84 
5.6 Análise da área de implantação e da eficiência de remoção de matéria orgânica (DBO) ... 85 
6 CONCLUSÃO ........................................................................................................................... 86 
REFERÊNCIAS ............................................................................................................................ 87 
 
 
 
 
 
 
 
 
8 
 
1 INTRODUÇÃO 
Saneamento consiste no conjunto de medidas que visa preservar ou modificar as condições do 
meio ambiente visando a prevenção de doenças e a promoção de saúde, a melhoria da qualidade 
de vida da população e à produtividade do indivíduo, bem como facilitar a atividade econômica. 
No Brasil, a Lei nº 11.445/2007 define saneamento como sendo o conjunto de serviços, 
infraestrutura e instalações operacionais de abastecimento de água, esgotamento sanitário, limpeza 
e drenagem urbana e manejo de resíduos sólidos e águas pluviais. Todos estes serviços são direitos 
assegurados ao cidadão pela Constituição (TRATA BRASIL, 2017). Outras resoluções 
estabelecem padrões de lançamento de efluentes nos corpos receptores, como por exemplo, as 
Resoluções CONAMA 357/2005 e CONAMA 430/2011. 
Nos dias de hoje, nota-se uma considerável preocupação no que se diz respeito ao grau de 
tratamento e ao destino final de esgotos, as suas consequências para o meio ambiente, a qualidade 
das águas e aos seus usos e benefícios. Nesse sentido, as águas residuárias devem ser precedidas 
de tratamento adequado através de uma Estação de Tratamento de Esgoto, de forma a garantir que 
o esgoto lançado nos corpos hídricos não prejudique a sua qualidade e recuperação ao longo de 
seu curso d’água, além de assegurar saúde e qualidade de vida para as pessoas. 
Entretanto, no Brasil, infelizmente metade da população brasileira não tem esgoto coletado em 
suas casas e cerca de 35 milhões de pessoas nem sequer têm acesso à água tratada no país (TRATA 
BRASIL, 2017). De acordo com a pesquisa do Instituto, dentre as cem maiores cidades brasileiras, 
Ananindeua e Santarém são as duas piores do ranking, com nenhum esgoto coletado. Quando a 
análise é sobre o esgoto tratado, apenas 40% do mesmo recebe tratamento no Brasil. 
A Estação de Tratamento de Esgoto (ETE) é a unidade operacional do sistema de esgotamento 
sanitário que tem a finalidade de remover as cargas poluentes do esgoto através de processos 
físicos, químicos ou biológicos, devolvendo ao ambiente o efluente tratado, em conformidade com 
os padrões exigidos pela legislação ambiental (CASAN, 2017). 
Sendo assim, é de fundamental importância a escolha de um processo de tratamento que atenda as 
necessidades da população bem como as exigências ambientais vigentes como, por exemplo, a 
quantidade máxima de matéria orgânica que pode ser lançada num corpo hídrico de acordo com 
sua classe estabelecida pela Resolução CONAMA (2005). Ademais, faz-se necessário também 
analisar outros fatores: área disponível para implantação da estação, custo e complexidade de 
implantação e operação de cada etapa do processo, eficiência de remoção de matéria orgânica, 
9 
 
produção e disposição de lodo, etc (PRS, 2017). A proposta deste trabalho de conclusão de curso 
está inserida nesta vertente. 
1.1 Área de estudo 
A cidade de Ananindeua é um município brasileiro do estado do Pará. Localizadona Grande 
Belém, é o segundo município mais populoso do estado. Está a uma latitude de 1º21’56” sul e 
longitude 48º22’20” oeste. Esta cidade é margeada pelo Rio Maguari, onde localizam-se suas 14 
ilhas. Ananindeua possui uma população estimada de 510.834 habitantes em 2016, e ocupa uma 
área territorial de 190,451 m² (IBGE, 2017). Na cidade Paraense predominam-se as fossas sépticas 
nos quitais das residências, uma vez que não existe coleta e tratamento de esgoto (G1, 2017). A 
Figura 1 ilustra os limites da região urbana de Ananindeua. 
Figura 1: Região urbana de Ananindeua-PA. 
 
Fonte: Google Maps (2017). 
 
2 OBJETIVO 
O objetivo desde trabalho de conclusão de curso é dimensionar uma Estação de Tratamento de 
Esgoto (ETE), a qual compreende as fases de tratamento preliminar, primário e secundário, para 
atender as necessidades da população de Ananindeua-PA, respeitando os requisitos e exigências 
legais e normativos vigentes e colocando em prática toda a teoria estudada em sala de aula. 
10 
 
Ademais, realizou-se uma comparação entre dois métodos de tratamento secundário, levando em 
consideração os aspetos de área de implantação e eficiência de remoção de matéria orgânica de 
cada processo, a fim de indicar o mais adequado e viável. 
3 JUSTIFICATIVA 
A cidade de Ananindeua não possui sequer 1% de coleta de esgoto das residências. A maioria das 
casas possuem poço artesiano e a fossa quase que juntos no quintal, devido à falta de serviço de 
abastecimento de água tratada e de coleta de esgoto (G1, 2017). 
Considerando as necessidades de saúde pública e também ambientais (em específico combater o 
alto risco de contaminação do solo devido às fossas), é de extrema importância que as cidades 
possuam um tratamento e despejo adequados de suas águas residuárias. Visto isso, o presente 
trabalho visa contribuir para uma futura implantação de uma Estação de Tratamento de Esgoto na 
cidade Paraense em questão. 
4 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 
4.1 Esgotamento sanitário 
Conforme a ABNT NBR 9648:1986, esgoto sanitário é todo despejo líquido constituído de esgotos 
doméstico e industrial, água de infiltração e contribuição pluvial parasitária. Portanto, este esgoto, 
encaminhado para uma estação de tratamento, possui três fontes distintas: esgotos domésticos 
(residências, instituições e comércio); águas de infiltração e despejos industriais, os quais possuem 
diversas origens devido aos distintos tipos de indústrias (VON SPERLING, 1996). 
Esgoto doméstico é definido como despejo líquido resultante do uso da água para higiene e 
necessidades fisiológicas humanas. O despejo líquido resultante de processos industriais, 
respeitados os padrões estabelecidos, é denominado esgoto industrial. Já as águas de infiltração 
são aquelas provenientes do subsolo, indesejáveis ao sistema separador e que penetra nas 
canalizações. Por fim, a contribuição pluvial parasitária é a parcela de deflúvio superficial 
inevitavelmente absorvida pela rede coletora de esgoto sanitário (ABNT NBR 9648:1986). Vale 
ressaltar que caso os efluentes industriais sejam muito tóxicos, estes devem ser tratados em 
unidades construídas nas próprias indústrias. 
De acordo com Von Sperling (2005), os esgotos domésticos são compostos por água e esgoto, com 
frações de 99,9% e 0,1%, respectivamente. Esta última contém, segundo o Programa de Pesquisas 
em Saneamento Básico (PROSAB) (Campos, 1999), sólidos suspensos, compostos orgânicos 
11 
 
(proteínas, carboidratos, óleos e graxas), nutrientes (nitrogênio e fósforo), metais, sólidos 
dissolvidos inorgânicos, sólidos inertes, sólidos grosseiros, compostos não biodegradáveis, 
organismos patogênicos e, ocasionalmente, elementos tóxicos decorrentes de atividades 
industriais. 
Os principais parâmetros relativos a esgotos predominantemente domésticos a merecerem 
destaque especial face a sua importância são (VON SPERLING, 2005): 
 Sólidos; 
 Indicadores de matéria orgânica; 
 Nitrogênio; 
 Fósforo; 
 Indicadores de contaminação fecal. 
4.1.1 Sólidos 
De acordo com Von Sperling (2005), a carga de sólidos do esgoto compreende todos os 
contaminantes da água, com exceção dos gases dissolvidos. Tais sólidos podem ser classificados 
de acordo com algumas de suas propriedades: 
 Classificação por tamanho e estado: sólidos em suspensão e sólidos dissolvidos; 
 Classificação pelas características químicas: sólidos voláteis (matéria orgânica) e sólidos 
fixos (matéria inorgânica); 
 Classificação pela decantabilidade: sólidos em suspensão sedimentáveis, isto é, aqueles 
capazes de sedimentar no período de 1 hora; e sólidos não sedimentáveis (fração que não 
se sedimenta). 
4.1.2 Indicadores de matéria orgânica 
A matéria orgânica presente nos esgotos é a responsável pelo principal problema de poluição das 
águas, o qual se traduz no consumo de oxigênio dissolvido pelos microrganismos nos seus 
processos metabólicos de utilização e estabilização da matéria orgânica. Os indicadores indiretos 
para a determinação da matéria orgânica são: Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO5); 
Demanda Última de Oxigênio (DBOu) e Demanda Química de Oxigênio (DQO) (VON 
SPERLING, 2005). 
12 
 
4.1.2.1 Demanda Bioquímica de Oxigênio (𝐃𝐁𝐎𝟓) 
A DBO representa a quantidade de oxigênio requerida para estabilizar, através de processos 
bioquímicos, a matéria orgânica carbonácea (baseada ao carbono orgânico). Portanto, é uma 
indicação indireta do carbono orgânico biodegradável. Isso significa que quanto maior a 
quantidade de matéria orgânica biodegradável, maior será a DBO. 
Convencionou-se medir a DBO depois de um período de cinco dias, a uma temperatura de 20ºC 
(DBO5
20), a qual representa a quantidade de oxigênio necessária para a estabilização da matéria 
orgânica durante cinco dias, em uma amostra com temperatura de 20ºC. 
4.1.2.2 Demanda Última de Oxigênio (𝐃𝐁𝐎𝐮) 
Ao final do quinto dia a estabilização da matéria orgânica ainda não está completa, dessa forma, 
prossegue-se a degradação da DBO por mais um período de semanas ou dias. Após tal, o consumo 
de oxigênio pelos microrganismos pode ser considerado desprezível. Visto isso, a Demanda 
Última de Oxigênio representa o consumo de oxigênio exercido até a efetiva estabilização da 
matéria orgânica. 
Para esgotos domésticos, considera-se que após um período de 20 dias a estabilização esteja 
praticamente completa. Portanto, pode-se determinar a DBOu aos 20 dias. 
4.1.2.3 Demanda Química de Oxigênio (DQO) 
A Demanda Química de Oxigênio corresponde a uma oxidação química da matéria orgânica, 
obtida através de um forte oxidante (dicromato de potássio) em meio ácido. A partir da relação 
DQO DBO5⁄ , é possível tirar conclusões sobre a biodegradabilidade dos despejos. Quando esta 
relação é baixa, a fração biodegradável é elevada; por outro lado, a fração inerte é elevada caso a 
relação DQO DBO5⁄ for alta. Para esgotos domésticos brutos, esta relação varia em torno de 1,7 a 
2,4, caracterizando uma relação intermediária, ou seja, fração inerte e biodegradável possuem 
quase a mesma ordem de grandeza. 
4.1.3 Nitrogênio 
O nitrogênio, dentro do seu ciclo na biosfera, alterna-se entre várias formas e estados de oxidação, 
devido a diversos processos bioquímicos. No meio aquático, este elemento apresenta-se nas formas 
de nitrogênio molecular (N2), escapando para a atmosfera; nitrogênio orgânico (dissolvido e em 
13 
 
suspensão); amônia livre e ionizada (NH3 e NH4
+); nitrito (NO2
−) e nitrato (NO3
−) (VON 
SPERLING, 2005). 
De acordo com Von Sperling (2005), um dos elementos indispensáveis para o crescimento dos 
microrganismos responsáveis pelo tratamento de esgoto é o nitrogênio. Este elemento, nosprocessos de conversão da amônia a nitrito e este a nitrato, que eventualmente possa ocorrer numa 
estação de tratamento de esgoto, acarreta no consumo de oxigênio e alcalinidade. Por isso, as 
reações de transformação química do nitrogênio estão diretamente relacionadas com o pH do 
efluente. 
4.1.4 Fósforo 
No meio aquático, o fósforo apresenta-se principalmente nas formas de ortofosfatos, polifosfatos 
e fósforo orgânico. O fósforo é um elemento químico importante pois é um nutriente essencial 
para o crescimento dos microrganismos responsáveis pela estabilização da matéria orgânica. 
Usualmente os esgotos domésticos possuem um teor suficiente de fósforo, porém este pode 
apresentar certa deficiência em alguns despejos industriais (VON SPERLING, 2005). 
4.1.5 Indicadores de contaminação fecal 
De acordo com Von Sperling (2005), a detecção dos agentes patogênicos, principalmente 
bactérias, protozoários e vírus, em uma amostra d’água é extremamente difícil, visto as suas baixas 
concentrações, o que implicaria no exame de grandes volumes da amostra a fim de detectar um 
único ser patogênico. 
Este obstáculo é superado por meio do estudo dos chamados organismos indicadores de 
contaminação fecal. Estes organismos não são patogênicos, mas fornecem uma indicação 
satisfatória de quando uma água apresenta contaminação por fezes humanas ou de animais. Dessa 
forma, é possível determinar a potencialidade da água em transmitir. Os principais indicadores de 
contaminação fecal comumente utilizados são: coliformes totais (CT), coliformes fecais (CF) e 
estreptocopos fecais (EF) (VON SPERLING, 2005). 
O grupo de coliformes totais (CT) consiste em um grande grupo de bactérias que têm sido isoladas 
de amostras de águas de solos poluídos e não poluídos, bem como de fezes de seres humanos e 
outros animais de sangue quente. As bactérias indicadoras de organismos originários do trato 
intestinal humano e de outros animais formam o grupo dos coliformes fecais (CF). A Escherichia 
coli é uma bactéria pertencente a este grupo. Os estreptocopos fecais (EF) incluem várias espécies 
14 
 
ou variedades de estreptocopos, as quais são encontradas no intestino de seres humanos e outros 
animais (VON SPERLING, 2005). 
A fração de 0,1% do esgoto doméstico deve ser tratada em uma Estação de Tratamento de Esgoto 
(ETE), por meio de um método adequado e eficiente que dependerá das características químicas e 
biológicas das águas residuais (SABESP, 2017). 
A ETE, conforme a NBR 12209:1992, consiste no conjunto de unidades de tratamento, 
equipamentos, órgãos auxiliares, acessórios e sistemas de utilidades cujo objetivo é a redução das 
cargas poluidoras do esgoto sanitário e disposição final da matéria residual. 
Usualmente, o tratamento de esgoto é classificado conforme os seguintes níveis (VON 
SPERLING, 2005): 
 Tratamento preliminar: prioriza a remoção de sólidos grosseiros através de mecanismos 
físicos; 
 Tratamento primário: tem por objetivo retirar os sólidos sedimentáveis e, por 
consequência, parte da matéria orgânica, utilizando também mecanismos físicos; 
 Tratamento secundário: pretende remover a matéria orgânica e, possivelmente, nutrientes 
como nitrogênio e fósforo. Utiliza-se mecanismos biológicos nesta etapa; 
 Tratamento terciário: visa a remoção de poluentes específicos como compostos tóxicos ou 
não biodegradáveis. Pode também objetivar a remoção complementar de poluentes não 
suficientemente retirados no tratamento secundário. 
Conforme Nuvolari (2003), o esgoto pode ser destinado a cursos d’água, lagoas, oceano ou até 
mesmo o solo. Denomina-se corpo receptor o local de despejo do esgoto. Para monitorar e garantir 
a conservação do corpo receptor, é fundamental o atendimento à Resolução 357 CONAMA 
(2005), a qual dispõe sobre a classificação e diretrizes ambientais para o enquadramento dos corpos 
de água superficiais, bem como estabelece as condições e padrões de lançamento de efluentes. 
Esta resolução classifica os corpos hídricos em 4 classes, sendo a classe I a mais exigente e a classe 
IV a menos exigente. Cada uma destas classes devem respeitar algumas condições de qualidade 
impostas pela resolução, como por exemplo, a quantidade máxima de matéria orgânica (DBO) e a 
mínima de oxigênio dissolvido (OD), de forma que o corpo receptor não seja prejudicado no que 
tange ao atendimento de seus usos preponderantes, atuais ou futuros. 
15 
 
4.2 Tratamento de águas residuais 
Segundo Campos (1999), as estações de tratamento de esgoto sanitário utilizam os mesmos 
organismos que proliferam no solo e na água, entretanto, precisam otimizar os processos e 
minimizar custos, a fim de se alcançar a maior eficiência possível, respeitando-se as exigências 
que se impõem pela preservação do corpo receptor e pelas limitações de recursos disponíveis. 
O Programa de Pesquisas em Saneamento Básico – PROSAB (Campos, 1999) afirma que durante 
muito tempo acreditava-se que apenas os processos aeróbios seriam capazes de tratar o esgoto 
sanitário com alta eficiência, sendo o processo anaeróbio apenas empregado em digestão de lodos. 
Porém, com a evolução dos conhecimentos e de emprego de reatores anaeróbios para tratamento 
de despejos líquidos, com o aumento de tempo de retenção celular (tempo médio que os 
microrganismos ficam retidos no sistema), esta alternativa se tornou viável nas ETEs. 
O tratamento de efluentes por degradação biológica, o qual ocorre através da ação de agentes 
biológicos como bactérias, protozoários e algas, é um dos processos mais utilizados por razões 
econômicas (CETESB, 1988). 
Os processos aeróbios são os mais utilizados nos países desenvolvidos, onde em condições 
aeróbias a matéria orgânica é convertida em gás carbônico, água e biomassa (lodo). Tais processos 
necessitam de grande quantidade de energia e produzem grandes quantidades de CO2 e lodo. A 
correta destinação do lodo das ETEs é o fator de maior custo, porque nesses lodos há metais 
pesados e outros contaminantes, sendo muito complicado aproveitá-lo na agricultura (CETESB, 
1988). 
Nos processos anaeróbios a matéria orgânica também é transformada em gás carbônico, água e 
biomassa, mas também ocorre produção de metano, com custo significativamente menor se 
comparados aos processos aeróbios. Nos processos anaeróbios parte da energia potencial do 
resíduo vai para o metano, podendo ser usado como combustível (CETESB, 1988). A Tabela 1 
mostra alguns tipos de sistemas para tratamento de esgotos de acordo com Von Sperling (2005) e 
a descriminação de seus processos (aeróbio ou anaeróbio). 
 
 
16 
 
Tabela 1: Sistemas de tratamento de esgoto e sua descriminação. 
Sistemas de tratamento Processo predominante 
Lagoa facultativa aeróbio e anaeróbio 
Lagoa anaeróbia - facultativa aeróbio e anaeróbio 
Lagoa aerada facultativa aeróbio 
Lagoa aerada mist. Comp - Lagoa de 
decant. 
aeróbio e anaeróbio 
Lodos ativados convencional aeróbio 
Lodos ativados (aeração prolongada) aeróbio 
Lodos ativados (fluxo intermitente) aeróbio 
Filtro biológico (baixa carga) aeróbio 
Filtro biológico (alta carga) aeróbio 
Biodiscos aeróbio 
Reator anaeróbio de manta de lodo anaeróbio 
Fossa séptica - Filtro anaeróbio anaeróbio 
Disposição no solo aeróbio e anaeróbio 
Fonte: Von Sperling (2005). 
 
5 DESENVOLVIMENTO 
5.1 Escolha e análise da área de implantação da ETE 
De acordo com a Copasa (2016, apud Infraestrutura Urbana, 2016), o local de implantação da ETE 
não pode ser área de preservação ambiental e sua distância mínima em reação a edificações 
habitáveis deve ser de 300 m. 
Além disso, deve ser observado se o terreno se localiza a cotas mais baixas que a rede coletora, 
caso contrário, seránecessário instalar estações elevatórias para que o efluente da cidade tenha 
acesso à estação de tratamento (VON SPERLING, 2005). 
Optou-se por locar a ETE na região sul da cidade de Ananindeua, afastada da área urbana e 
próxima ao rio Guamá, no qual será despejado o efluente tratado (Figura 2). 
 
 
 
 
17 
 
Figura 2: Possível localização da ETE. 
 
Fonte: Google Earth Pro (2017). 
 
5.2 Levantamento de dados e características de Ananindeua 
A cidade de Ananindeua está localizada na Região Metropolitana de Belém, no estado do Pará, 
distante cerca de 19 km da capital do Estado. Segundo o IBGE (2017), a cidade possui uma 
população de 510.834 habitantes em 2016 e ocupa uma área territorial de 190,451 km². 
O clima em Ananindeua é tropical. Existe uma pluviosidade significativa ao longo de todo o ano, 
sendo que a média anual é de 2273 mm. A temperatura média do mês mais quente, Outubro, é de 
aproximadamente 27ºC. Março é o mês que apresenta a média de temperatura mais baixa: 26ºC, 
aproximadamente (CLIMATE-DATA, 2016). 
18 
 
5.2.1 Estimativa populacional 
De acordo com o IBGE (2017), a população de Ananindeua aumentou significativamente nas 
últimas três décadas, o que pode ser visto na Tabela 2. A Figura 3 ilustra o gráfico da evolução 
populacional da cidade, bem como a equação de sua linha de tendência. 
Tabela 2: Dados censitários. 
ANO População (hab) 
1996 338.097 
2000 393.569 
2007 484.278 
2010 471.980 
Fonte: IBGE (2017). 
 
Figura 3: Curva do crescimento populacional da cidade. 
 
Fonte: Autora (2017). 
 
No Brasil, é comum adotar-se período de projeto de 20 anos para pequenas e médias cidades, 
sendo esta a condição final de projeto (SANEAMENTO BÁSICO, 2017). A condição inicial é o 
ano de dimensionamento, ou seja, 2017 (Tabela 3). 
 
y = 10.359,308 x - 20.330.301,821 
R² = 0,926 
0
100000
200000
300000
400000
500000
600000
1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012
P
O
P
U
LA
Ç
Ã
O
ANO
19 
 
Tabela 3: Condição inicial e final de projeto. 
Condição 
(ano) 
População 
Inicial - 2017 564.422 
Final - 2037 771.609 
Fonte: Autora (2017). 
 
5.2.3 Cálculo das vazões máxima, média e mínima de esgoto 
Conforme Von Sperling (2005), os esgotos oriundos de uma cidade e que contribuem à estação de 
tratamento são basicamente originados de três fontes distintas: esgotos domésticos (incluindo 
residências, instituições e comércio), águas de infiltração e despejos industriais. Assim sendo, a 
vazão total de esgoto (QT) é calculada por meio da Equação 1. 
 QT = Qdom + Qind + Qinf (1) 
 
Onde: 
Qdom – Vazão de esgoto doméstico. 
Qind – Vazão de esgoto industrial. 
Qinf - Vazão de águas de infiltração. 
A vazão doméstica média (Qd,méd) em L/s é calculada por meio da Equação 2 (VON SPERLING, 
2005). 
 
Qd,méd =
Pop ∗ qm ∗ R
86.400
 
(2) 
 
Onde: 
Pop – População (quantidade de habitantes). 
qm – Consumo médio “per capita” de água (L/habxdia). 
R – Coeficiente de retorno vazão de esgoto/vazão de água. 
20 
 
Os valores típicos de R variam de 60% a 100%, sendo que um valor usualmente adotado tem 
sido 80% (R=0,8). Adotou-se, portanto, este valor para o coeficiente de retorno. 
Von Sperling (2005) mostra que, para cidades grandes (população maior que 250.000 habitantes), 
o consumo de água por pessoa está dentro do intervalo de 150 a 300 litros. No ano de 2013, de 
acordo com Deepask (2017), o consumo médio de água per capita registrado em Ananindeua foi 
de 133 L/hab.dia. Portanto, para os cálculos de vazão de esgotos, adotou-se 150 L/hab.dia para o 
consumo médio de água por pessoa na cidade. 
Dessa forma, é possível calcular a vazão média de esgoto doméstico para a condição inicial e final 
de projeto, por meio da Equação 2. 
 Qd,med para condição inicial: 
Qd,méd =
Pop ∗ qm ∗ R
86.400
=
564.422 ∗ 150 ∗ 0,8
86.400
= 783,92 L/s 
 
 Qd,med para condição final: 
 
Qd,méd =
Pop ∗ qm ∗ R
86.400
=
771.609 ∗ 150 ∗ 0,8
86.400
= 1.071,68 L/s 
O consumo de água e a geração de esgotos em uma localidade variam ao longo do dia, semana e 
ao longo do ano (VON SPERLING, 2005). Por isso, de acordo com CETESB (1978, apud Von 
Sperling, 2005), existem variações de vazões (máxima e mínima), as quais são calculadas com o 
auxílio de coeficientes de variação da vazão média da água: 
 K1 = 1,2 (coeficiente do dia de maior consumo); 
 K2 = 1,5 (coeficiente da hora de maior consumo); 
 K3 = 0,5 (coeficiente da hora de menor consumo). 
Assim, segundo Von Sperling (2005), as vazões máxima e mínima de água podem ser dadas pelas 
Equações 3 e 4, respectivamente: 
 Qd,máx = Qd,méd ∗ K1 ∗ K2 (3) 
 
21 
 
 Qd,mín = Qd,méd ∗ K3 (4) 
 
A vazão de esgoto doméstico máxima foi obtida considerando a condição final de projeto 
(população de 2037). A mínima, por sua vez, foi calculada para a condição inicial (população de 
2017). Portanto: 
Qd,máx =
Pop ∗ qm ∗ R ∗ K1 ∗ K2
86.400
=
771.609 ∗ 150 ∗ 0,8 ∗ 1,2 ∗ 1,5
86.400
= 1.929,02 L/s 
 
Qd,mín =
Pop ∗ qm ∗ R ∗ K3
86.400
=
564.422 ∗ 150 ∗ 0,8 ∗ 0,5
86.400
 = 391,96 L/s 
 
A vazão industrial, ou seja, aquela advinda dos despejos industriais, foi calculada como uma 
porcentagem sobre a vazão de esgoto doméstico, uma vez que não foram encontrados dados 
relacionados ao esgoto industrial da cidade. Assim, a vazão de indústrias foi calculada como sendo 
4% da vazão doméstica. Para as vazões domésticas calculadas anteriormente, obteve-se as vazões 
industriais: 
 Para Qd,máx = 1.929,02 L/s → 4% de 1.929,02 L/s = 77,16 L/s 
 Para Qd,méd = 1.071,68 L/s → 4% de 1.071,68 L/s = 42,87 L/s 
 Para Qd,mín = 391,96 L/s → 4% de 391,96 L/s = 15,68 L/s 
De acordo com Von Sperling (2005), a infiltração ao sistema de esgotamento ocorre através de 
tubos defeituosos, conexões, juntas ou paredes de poços de visita. A taxa de contribuição de 
infiltração varia de 0,05 a 1,0 L/s.km (ABNT NBR 9649:1986). Para o cálculo da vazão de 
infiltração, adotou-se o valor de 0,3 L/s.km para esta taxa. Dessa forma, por meio da ferramenta 
computacional Google Earth, estimou-se o comprimento total da rede coletora de esgoto, criando-
se caminhos através das ruas da cidade (Figura 4). Devido à grande extensão territorial e também 
urbana de Ananindeua, foi determinado o comprimento de rede de alguns quarteirões e, 
posteriormente, estendeu-se este comprimento para toda a área urbanizada. 
 
22 
 
Figura 4: Caminhos criados em alguns quarteirões da cidade. 
 
Fonte: Google Earth Pro (2017). 
 
Considerando-se um comprimento de rede de 1.780,4 m para uma área de quarteirões de 0,047675 
km², estimou-se um comprimento total de rede de 2.614 km para a área urbana total de 70 km² 
aproximadamente, somado aos 3.746 km de tubulação até a ETE (Figura 5), totalizando um 
comprimento de 6.360 km. 
 
 
 
 
 
 
 
23 
 
Figura 5: Tubulação até a entrada da ETE. 
 
Fonte: Google Earth Pro (2017). 
 
Desse modo, foi possível calcular a vazão de infiltração para a cidade de Ananindeua: 
Qinf = 0,3 ∗ 6.360 = 1.908 L/s 
Finalmente, calculou-se as vazões totais de esgoto máxima, média e mínima, por meio da Equação 
1. 
QT,máx = Qd,máx + Qind + Qinf = 1.929,02 + 77,16 + 1.908 = 3.914,18 L/s 
QT,méd = Qd,méd + Qind + Qinf = 1.071,68 + 42,87 + 1.908 = 3.022,55 L/s 
QT,mín = Qd,mín + Qind + Qinf = 391,96 + 15,68 + 1.908 = 2.315,64 L/s 
 
5.3 Tratamento preliminar 
O tratamento preliminar destina-se principalmente à remoção de sólidos grosseiros 
(frequentemente feitapor meio de grades) e areia (através de desarenadores). Além das unidades 
24 
 
de remoção dos sólidos grosseiros, inclui-se também uma unidade para a medição da vazão, 
usualmente constituída por uma calha de dimensões padronizadas (VON SPERLING, 2005). Para 
isso, escolheu-se a calha Parshall, a qual consiste em um medidor de vazão que através de 
estrangulamento e ressaltos, estabelece uma relação entre a vazão do fluxo e a lâmina d’água 
naquela seção (JORDÃO; PESSÔA, 1995). 
De acordo com Von Sperling (2005), as principais funções do tratamento preliminar são: proteção 
de bombas e tubulações, proteção das unidades de tratamento subsequentes e proteção dos corpos 
receptores. 
O dimensionamento dos três estágios do tratamento preliminar foi feito adotando-se 
primeiramente um tipo de calha Parshall. Em seguida, calculou-se as dimensões do desarenador e, 
por fim, determinou-se as características do gradeamento. 
5.3.1 Dimensionamento da caixa de areia e calha Parshall 
5.3.1.1 Seleção da calha Parshall 
As dimensões da calha Parshall são determinadas utilizando-se a vazão máxima de esgoto 
calculada e a Tabela 4 (JORDÃO; PESSÔA, 1995). Como a vazão máxima de projeto é 
consideravelmente alta, optou-se pela instalação de três unidades de tratamento preliminar. Sendo 
assim, a vazão máxima foi dividida por 3. As medidas detalhadas da calha podem ser visualizadas 
nas Figuras 6 e 7. 
 
 
 
 
 
 
 
 
25 
 
 
Tabela 4: Largura da calha Parshall e vazão suportada. 
 
Fonte: Mercado Livre (2017). 
 
Figura 6: Dimensões de medidores Parshall. 
 
Fonte: Jordão e Pessôa (1995). 
26 
 
 
 
Figura 7: Esquema da calha Parshall com as suas dimensões 
 
Fonte: Jordão e Pessôa (1995). 
 
Para a vazão de 1.304,727 L/s (vazão máxima dividida em três partes), a menor largura do 
estrangulamento, denominada garganta (W) deve ser de 36 polegadas ou 91,5 cm (Tabela 4 e 
Figura 6). 
 
 
 
 
 
 
 
 
27 
 
Tabela 4: Dimensão da garganta da calha Parshall escolhida. 
 
Fonte: Mercado livre (2017). 
 
Figura 6: Dimensões dos demais elementos da calha Parshall escolhida. 
 
Fonte: Jordão e Pessôa (1995). 
 
28 
 
5.3.1.2 Altura d’água no Parshall 
A altura da lâmina d’água na calha foi determinada através da Equação 5 (JORDÃO; PESSÔA, 
1995). 
 
Q = 2,2 ∗ W ∗ H
3
2 
(5) 
Isolando a altura H no primeiro membro da equação e considerando-a como H2, tem-se: 
H2 = √
Q
2,2 ∗ W
3
2
 
Dessa forma, calculou-se três alturas de lâmina d’água para a calha Parshall, levando em 
consideração as variações de vazões (máxima, média e mínima), ressaltando que estas duas últimas 
também são divididas por três. 
 Para Qmáx = 1.304,727 L/s → H2,máx = 0,75 m 
 Para Qméd = 1.007,517 L/s → H2,méd = 0,63 m 
 Para Qmín = 771,88 L/s → H2,mín = 0,53 m 
5.3.1.3 Rebaixo do Parshall 
Conforme Jordão e Pessôa (1995), o rebaixo da calha Parshall é determinado por meio da Equação 
6. 
 Qmáx
Qmín
=
H2,máx − z
H2,mín − z
 
(6) 
Substituindo os valores de vazão e altura na Equação 6, encontrou-se 0,21 m para o valor de z. 
1.304,727 
771,88
=
0,75 − z
0,53 − z
 → z = 0,21 m 
5.3.1.4 Altura d’água na caixa de areia 
Considerando a altura de água na caixa de areia como sendo H1, determinou-se a mesma através 
da Equação 7. 
29 
 
 H1 ≅ H2 − z (7) 
 
 Para Qmáx = 1.304,727 L/s → H1,máx = 0,75 − 0,21 = 0,54 m 
 Para Qméd = 1.007,517 L/s → H1,méd = 0,63 − 0,21 = 0,42 m 
 Para Qmín = 771,88 L/s → H1,mín = 0,53 − 0,21 = 0,32 m 
5.3.1.5 Largura da caixa de areia 
A largura da caixa de areia (b) foi obtida por meio da equação da continuidade (Equação 8). 
 Q = v ∗ A (8) 
Utilizando a vazão média de esgoto e uma velocidade arbitrada de 0,30 m/s de acordo com a ABNT 
NBR 12209:1992, determinou-se a largura da caixa de areia: 
Qméd = v ∗ (b ∗ H1,méd) → b =
Qméd
v ∗ H1,méd
=
1,007517 
0,30 ∗ 0,42
 → b = 7,996 m ≌ 8,0 m 
Esta largura corresponde a uma das dimensões do espaço para a acumulação do material 
sedimentado, sendo a mínima de 0,20 m no caso de limpeza mecanizada e de 0,30 m caso a limpeza 
do desarenador for feita manualmente (ABNT NBR 12209:1992). 
5.3.1.6 Verificação da velocidade na caixa 
Para a largura do desarenador adotada, é necessário verificar as velocidades máxima e mínima que 
podem ocorrer na caixa de areia, utilizando a mesma Equação 8. De acordo com a ABNT NBR 
12209:1992, a velocidade de escoamento deve ser maior ou igual a 0,20 m/s e menor ou igual a 
0,40 m/s. 
 Para Qmáx = 1,304727 m³/s → v = 0,302 m/s 
 Para Qmín = 0,77188 m³/s → v = 0,301 m/s 
Portanto, pode-se afirmar que a velocidade de esgoto na caixa está compreendida no intervalo 
recomendado pela norma. 
30 
 
5.3.1.7 Comprimento da caixa de areia 
Denomina-se taxa de escoamento superficial a relação entre a vazão dos esgotos afluente (Q) e a 
área em planta da caixa (A). Esta relação varia na prática entre 600 e 1300 m³/m²xdia (JORDÃO; 
PESSÔA, 1995). Arbitrando 1300 m³/m²xdia para a vazão máxima de efluente, encontrou-se a 
área do desarenador e posteriormente o seu comprimento (L). 
Q
A
= 1300
m³
m2 ∗ dia
 → A =
Qmáx ∗ 86400
1300
=
1,304727 ∗ 86400
1300
 → A = 86,71 m² 
A = b ∗ L → L =
A
b
=
86,71
8,0
 → L = 10,84 m 
5.3.1.8 Quantidade de material retido 
Segundo Azevedo e Hess (1977, apud Jordão e Pessôa, 1995), os valores médios de material retido 
na caixa de areia estão compreendidos no intervalo de 15 ∗ 10−6 Lmat.ret./Lesgoto a 
30 ∗ 10−6 Lmat.ret./Lesgoto. Usando o valor máximo de material retido e a vazão média de 
efluente, determinou-se a quantidade de areia retida. 
Mr = (30 ∗ 10
−6) ∗ 1.007,517 L/s ∗ 86.400 s/dia = 2.611,48 L/dia 
5.3.1.9 Profundidade de depósito 
A remoção da areia deve ter frequência de uma vez a cada uma ou duas semanas, dependendo da 
quantidade de areia no esgoto afluente (TRATAMENTO PRELIMINAR DE ESGOTOS, 2016). 
Visto isso, adotou-se a realização de limpeza do desarenador a casa 15 dias. Assim, foi possível 
calcular a quantidade de material retido na caixa em metros cúbicos e por conseguinte a 
profundidade de material retido (P), que se traduz na relação entre a quantidade de areia retida e a 
área em planta da caixa (A). 
Mr = 15 dias ∗ 2,61148
m3
dia
→ Mr = 39,17 m³ 
 
P =
Mr
A
 → P =
39,17
86,71 
 → P = 0,45 m 
31 
 
5.3.2 Dimensionamento do gradeamento 
5.3.2.1 Dimensões e aberturas das barras 
Segundo Jordão e Pessôa (1995), o espaçamento entre barras é fixado em função das dimensões 
dos sólidos grosseiros que se pretende remover. Logo, as grades podem ser classificadas em 
grosseiras, médias e finas, conforme seu espaçamento (Tabela 5). 
Tabela 5: Tipo de grade e espaçamento entre barras. 
Tipo de grade 
Espaçamento entre as barras 
Em polegadas Em centímetros 
Grades grosseiras > 1 1/2 4,0 a 10,0 
Grades médias 3/4 a 1/2 2,0 a 4,0 
Grades finas 3/8 a 3/4 1,0 a 2,0 
Fonte: Jordão e Pessôa (1995). 
 
A Tabela 6 permite a visualização das seções transversais das barras de acordo com o tipo de 
grade. 
Tabela 6: Seção transversal das barras. 
Tipo de grade 
Seção transversal da barra 
Em polegadas Em centímetros 
Grade gosseira 
3/8 x 2 0,95 x 5,00 
3/8 x 2 1/2 0,95 x 6,35 
1/2 x 1 1/2 1,27 x 3,81 
1/2 x 2 1,27 x 5,00 
Grade média 
5/26 x 2 0,79 x5,00 
3/8 x 1 1/2 0,95 x 3,81 
3/8 x 2 0,95 x 5,00 
Grade fina 
1/4 x 1 1/2 0,64 x 3,81 
5/16 x 1 1/2 0,79 x 3,81 
3/8 x 1 1/2 0,95 x 3,81 
Fonte: Jordão e Pessôa (1995). 
 
Optou-se por dimensionar gradeamento médio para a estação de tratamento, adotando 2,5 cm para 
o espaçamento entre as grades e barras de 0,95 x 3,81 cm, sendo a primeira dimensão equivalente 
a espessura da barra perpendicular ao escoamento. 
32 
 
5.3.2.2 Inclinação das grades 
Segundo a ABNT NBR 12208:1992, a limpeza das grades deve ser mecanizada quando a vazão 
afluente é igual ou superior a 250 L/s. Como a vazão máxima dividida por 3 é de 1.304,727 L/s 
adotou-se, portanto, a limpeza mecânica. Esta norma ainda recomenda um intervalo de inclinação 
da grade em relação à horizontal de 60º a 90º. 
As grandes inclinações, de 70º a 85º, apresentam maior rendimento do que grades verticais, visto 
que a inclinação evita que o material se desprenda facilmente do rastelo, retornando ao canal 
efluente (JORDÃO; PESSÔA, 1995). Desse modo, a inclinação escolhida para as grades foi de 
70º. 
5.3.2.3 Velocidade nas grades 
Recomenda-se, para a vazão máxima de projeto, a velocidade mínima de 0,60 m/s e máxima de 
1,00 m/s (JORDÃO; PESSÔA, 1995). Sendo assim, arbitrou-se o valor de 0,90 m/s para a 
velocidade de passagem entre as barras. 
5.3.2.4 Área útil do canal afluente à grade 
A área útil (Au), de acordo com Jordão e Pessôa (1995), é representada pela área livre entre as 
barras e limitada pelo nível d’água, determinada por meio da razão entre a vazão de projeto (Q) e 
a velocidade de passagem (v) (Equação 9). 
 
Au =
Q
v
 
(9) 
Considerando a vazão de 1.304,727 L/s e a velocidade arbitrada na seção anterior, encontrou-se 
a área útil do canal. 
Au =
Qmáx
v
=
1,304727
0,90
 → Au = 1,45 m² 
5.3.2.5 Área da seção transversal do canal 
A seção (S) do canal junto à grade, necessária para o escoamento é dada pela Equação 10 
(JORDÃO; PESSÔA, 1995). 
33 
 
 
S =
Au
E
 
(10) 
Onde: 
E – Eficiência da grade, a qual é dependente do espaçamento entre as barras (a) e da espessura das 
barras (t), expresso pela Equação 11: 
 E =
a
a + t
 (11) 
Sendo assim, foi possível calcular a área da seção transversal do canal. 
S = Au ∗
a + t
a
= 1,45 ∗ 
(25 + 9,5) 
25
→ S = 2,00 m² 
 
5.3.2.6 Largura do canal 
A largura do canal (B) foi obtida dividindo-se a seção transversal do canal pela altura de água 
máxima na caixa de areia. 
B =
S
 H1,máx
=
2,00
0,54
 → B = 3,70 m 
5.3.2.7 Verificação da velocidade para a vazão mínima 
Por meio da razão entre a vazão mínima (Qmín) e a seção transversal do canal (S), sendo esta 
equivalente ao produto de B por H1,mín, calculou-se a velocidade mínima de passagem pelo canal. 
v =
Qmín
B ∗ H1,mín 
= 
0,77188 
3,70 ∗ 0,32 
= 0,652 m/s 
A velocidade encontrada está dentro do intervalo recomendado pela ABNT NBR 12208:1992, a 
qual prescreve que o canal afluente deve ser dimensionado considerando a velocidade mínima de 
0,40 m/s para a vazão afluente inicial. 
34 
 
5.3.2.8 Perda de carga na grade 
De acordo com Jordão e Pessôa (1995), admite-se, para efeito de manutenção da velocidade e 
perfil hidráulico, a obstrução de até 50% da lâmina d’água no canal da grade e para perdas de carga 
mínimas, os valores de 0,15 m para grade de limpeza manual e 0,10 m para grade de limpeza 
mecanizada. 
A perda de carga pode ser calculada considerando-se que o comportamento hidráulico é idêntico 
ao escoamento através do orifício (Equação 12) (JORDÃO; PESSÔA, 1995). 
 
hf = 1,43 ∗
V2 − V0
2
2g
 
(12) 
Onde: 
hf – Perda de carga, em m. 
V – Velocidade do fluxo através das barras, em m/s. Foi determinada dobrando-se aquela arbitrada, 
uma vez que considerou-se 50% de obstrução: 
V = 2 ∗ 0,90 = 1,80 m/s 
V0 – Velocidade do fluxo imediatamente a montante da grade, em m/s. Foi obtida considerando-
se a vazão máxima de efluente e a altura máxima de água na caixa de areia: 
V0 =
Qmáx
B ∗ H1,máx
= 
1,304727
3,70 ∗ 0,54
 → V0 = 0,653 m/s 
g – Aceleração da gravidade, igual a 9,8 m/s². 
Logo, encontrou-se 0,205 m para a perda de carga. Tal valor foi satisfatório, pois é superior à 0,10 
m (recomendado para grade de limpeza mecanizada). 
hf = 1,43 ∗
V2 − V0
2
2g
= 1,43 ∗
(1,802 − 0,6532)
2 ∗ 9,8
 → hf = 0,205 m 
35 
 
5.3.2.9 Disposição em relação ao emissário 
Como a rede de esgoto não foi dimensionada para a cidade de Ananindeua, arbitrou-se um 
diâmetro de 300 mm para o emissário e uma lâmina líquida (y) de 0,20 m. 
O remanso é definido como um movimento variado retardado, consequência da elevação da 
profundidade causada por um obstáculo no canal (NETTO, 1998). Para evitar este fenômeno no 
emissário, lançou-se mão de um degrau (x) a montante do gradeamento (Equação 13). 
 x = hf + H1,máx − y (13) 
Assim: 
x = hf + H1,máx − y = 0,205 + 0,54 − 0,20 = 0,545 m ≌ 0,55 m 
Este degrau (x) é calculado de tal maneira que mantenha a velocidade constante no canal com a 
variação de vazões de esgoto. 
Um esquema final em planta e em corte do tratamento preliminar pode ser visualizado por meio 
da Figura 8. Uma vez que foram adotadas três unidades deste tratamento para atender a vazão 
máxima total de 3.914,18 L/s adotou-se, em um primeiro momento, uma caixa de distribuição a 
montante das unidades (Figura 9). 
 
 
 
 
 
 
 
 
36 
 
Figura 8: Esquema final do tratamento preliminar (unidades em m - sem escala). 
 
Fonte: Autora (2017). 
 
 
 
 
37 
 
Figura 9: Caixa de distribuição a montante do tratamento preliminar (unidade em m – sem escala). 
 
Fonte: Autora (2017). 
 
5.4 Tratamento primário 
O tratamento primário é responsável pela remoção de sólidos suspensos sedimentáveis. Para tal, 
são utilizados unidades denominadas decantadores, os quais recebem os esgotos provenientes das 
unidades do tratamento preliminar, isentos dos sólidos removidos naquelas unidades, dotando seus 
efluentes de condições de tranquilidade necessárias à disposição dos sólidos orgânicos e 
inorgânicos e sua posterior remoção (JORDÃO; PESSÔA, 1995). 
O tipo de decantador primário escolhido foi o retangular com remoção mecanizada de lodo por 
meio de corrente sem fim e rodo. Esta unidade foi dimensionada para remover 70% dos sólidos 
em suspensão do efluente coletado da cidade de Ananindeua-PA. 
5.4.1 Taxa de escoamento superficial 
A norma ABNT NB-570:1990 apresenta um gráfico (Figura 10) que mostra a relação entre a taxa 
de esgotamento superficial e a remoção de sólidos em suspensão para esgotos domésticos. 
 
38 
 
Figura 10: Relação entre a taxa de esgotamento superficial e a remoção de sólidos em suspensão para esgotos 
domésticos. 
 
Fonte: ABNT NB-570:1990. 
 
De acordo com o gráfico, considerando a remoção de pelo menos 70% dos sólidos em suspensão 
(SS), a taxa de escoamento superficial (Q/A) é de 20 m³/m²xdia. 
5.4.2 Profundidade mínima do decantador 
Conforme a ABNT NBR 12209:2011, no caso de decantador primário com remoção mecanizada 
de lodo, a altura mínima de água (H) deve ser igual ou superior a 2,0 m. Desta maneira, arbitrou-
se 2,5 m para a profundidade mínima do decantador. 
5.4.3 Número de unidades do decantador 
Ainda de acordo com a ABNT NBR 12209:1992, a ETE com vazão de dimensionamento superior 
a 250 L/s deve possuir mais de um decantador primário. Considerando a instalação de três caixas 
de distribuição a jusante do tratamento preliminar, a vazão para dimensionamento ainda é de 
1.304,727 L/s (vazão máxima divididapor 3 e maior que 250 L/s). Portanto, optou-se pelo 
dimensionamento de duas unidades de decantador. 
39 
 
5.4.4 Área e volume útil de cada decantador 
A área do decantador (A) foi determinada utilizando a taxa de escoamento superficial definida 
anteriormente de 20 m³/m²xdia e a vazão de 1.304,727 L/s, considerando ainda que são duas 
unidades (duas vezes a área) (Equação 14). 
 Qmáx
A
=
20 m3
m2 ∗ dia
 
(14) 
Portanto: 
 A =
Qmáx ∗ 86.400
8 ∗ 18
=
1,304727 ∗ 86.400
2 ∗ 20
 → A = 2.818,210 m² 
 
O volume útil do decantador é definido como o produto da área de decantação pela altura mínima 
de água, no caso de decantador com remoção de lodo mecanizada (ABNT NBR 12209:1992). 
Desse modo, por meio da Equação 15, calculou-se o volume útil (V) do decantador primário. 
 V = A ∗ H (15) 
V = A ∗ H = 2.818,210 ∗ 2,5 → V = 7.045,524 m³ 
Como são duas unidades: 
V = 7.045,524 ∗ 2 = 14.091,048 m³ 
5.4.5 Tempo de detenção hidráulica 
O tempo de detenção hidráulica deve ser inferior a 6h para a vazão média e superior a 1h para a 
vazão máxima (ABNT NBR 12209:1992). Este tempo foi calculado através da Equação 16 para 
as vazões média e máxima de projeto. 
 
t =
V
Q
 
(16) 
 Para Qmáx = 3,91418 m³/s → t =
V
Q
 → t =
14.091,048
1,304727∗3600
 → t = 3,0 h > 1 h OK! 
40 
 
 
 Para Qméd = 3.022,55 L/s → t =
V
Q
 → t =
14.091,048
1,007517∗3600
 → t = 3,88 h < 6 h OK! 
Logo, pode-se concluir que os tempos de detenção calculados respeitam a recomendação da 
norma. 
5.4.6 Dimensões do decantador 
A ABNT NBR 12209:1992 determina que quando o decantador é retangular a relação 
largura/altura mínima de água deve ser igual ou superior a 2:1. Adotou-se como largura do 
decantador b = 25 m. 
b
H
=
25
4
= 6,25 > 2 OK! 
Com este valor de largura, calculou-se o comprimento (L) do decantador por meio da Equação 17. 
 
A = b ∗ L → L =
A
b
 
(17) 
Onde: 
A – Área do decantador primário (m²); 
b – Largura do decantador (m); 
L – Comprimento do decantador primário (m). 
Desse modo: 
L =
A
b
=
2.818,210 
25
 → L = 112,73 m 
Para decantador retangular a relação comprimento/altura mínima de água deve ser igual ou 
superior a 4:1 (ABNT NBR 12209:1992). Portanto: 
L
H
=
112,73
2,5
= 45,09 > 4 OK! 
Ainda segundo esta norma, a relação comprimento/largura deve ser igual ou superior a 2:1. Assim: 
41 
 
L
b
=
112,73
25
= 4,51 > 2 OK! 
Por conseguinte, conclui-se que as recomendações da ABNT NBR 12209:1992 são respeitadas 
com base na largura adotada e no comprimento calculado. 
5.4.7 Velocidade horizontal do escoamento 
A velocidade horizontal do escoamento (v) foi obtida por meio da Equação 18. Conforme a ABNT 
NBR 12209:1992, esta velocidade deve ser igual ou inferior a 50 mm/s para decantador retangular. 
 
v =
1
nºdecantadores
∗
Q
b ∗ H
 
(18) 
Na qual: 
nºdecantadores – Quantidade de decantadores adotada; 
Q – Vazão na seção considerada (m³/s); 
b – Largura do decantador (m); 
H – Profundidade mínima do decantador (m). 
Para a vazão máxima Qmáx = 3,91418 m³/s: 
v =
1
2
∗
1,304727
25 ∗ 2,5
= 0,010438 m/s = 10,438 mm/s < 50 mm/s 
5.4.8 Remoções esperadas 
Após estimar, através de uma regra de três, a taxa de escoamento superficial (Q/A) para a vazão 
média, foi possível prever as remoções de DBO que aconteceram com o auxílio do gráfico 
apresentado pela Figura 11. A porcentagem de remoção de sólidos suspensos foi determinada 
através do gráfico da Figura 10. 
 
 
42 
 
 
Figura 11: Relação entre a taxa de escoamento superficial e a remoção de DBO para esgotos sanitários. 
 
Fonte: ABNT NB-570:1990. 
 
A Tabela 7 apresenta os resultados obtidos. 
Tabela 7: Remoção de sólidos suspensos e matéria orgânica. 
Q (L/s) 
Q/A 
(m³/m²xdia) 
Remoção (%) 
SS DBO 
1.304,727 20 70 36 
1.007,517 15 75 37 
Fonte: Autora (2017). 
 
5.4.9 Poços de lodo 
De forma a evitar descargas durante a noite, adotou-se um tempo de armazenamento do lodo de 
12 horas. 
Considerando a vazão média de 1.007,517 L/s, com uma quantidade de remoção de sólidos 
suspensos (SS) de 75% (Tabela 7), e ainda que o esgoto da cidade em questão possua uma 
concentração média de SS de 220 mg/L (SILVA, 2017a; PIVELI, 2017, apud Metcalf & Eddy, 
1991), foi possível calcular a massa de sólidos suspensos retida em 12 horas (M): 
43 
 
M = 220 ∗ 10−6 ∗ 0,75 ∗
1.007,517 
L
s
2
∗ 12 ∗ 3600
s
h
= 3.590,789 kgSS/12h 
O volume de lodo (VL) foi determinado por meio da Equação 19, considerando as características 
típicas de lodos para decantadores primários. 
 
VL =
M
ρ ∗ (
γL
γ ) ∗ SS
 
(19) 
Onde: 
M – Massa de sólidos em suspensão (SS) no lodo (kg); 
ρ – Densidade da água (ρ = 1000 kg/m³); 
γL – Peso específico do lodo (γL = 1030 kgf/m³); 
γ – Peso específico da água (γ = 1000 kgf/m³); 
SS – Concentração de sólidos em suspensão no lodo, expressa como decimal (SS = 6%). 
Logo: 
VL = 
3.590,789 
1000 ∗
1030
1000 ∗ 0,06
= 58,103 m³lodo/12h 
Conforme a ABNT NBR 12209:1992, o poço de acumulação de lodo no fundo do decantador deve 
apresentar paredes com inclinação igual ou superior a 1,5 na vertical para 1,0 na horizontal, 
terminando em base inferior com dimensão mínima de 0,60 m. Visto isso, adotou-se seis poços 
tronco pirâmide para este projeto, sendo 3,80 x 3,80 m a maior dimensão e 2,525 x 2,525 m a 
menor, com paredes inclinadas 1,0 na horizontal e 1,5 na vertical. 
Por meio da Equação 20, a qual representa o volume de troncos de pirâmide, foi possível calcular 
o volume de cada poço (V). 
 
V =
tg α
6
∗ (b1
3 − b2
3) 
(20) 
44 
 
Onde: 
V – Volume do tronco de pirâmide (m³); 
α – Ângulo formado pela aresta lateral (adimensional); 
b1 – Base maior (m); 
b2 – Base menor (m). 
Considerando a instalação de seis poços, multiplicou-se a Equação 20 por 6, resultando no volume 
total armazenado. 
V = 6 ∗
tg α
6
∗ (b1
3 − b2
3) = 6 ∗
1,5
1,0
6
∗ (3,803 − 2,5253) = 58,16m3 > 58,103
m3lodo
12h
(OK!) 
A profundidade de cada poço (H) pode ser calculada por meio da Equação 21. 
 
H = tg α ∗
(b1 − b2)
2
 
(21) 
Desse modo: 
H = tg α ∗
(b1 − b2)
2
=
1,5
1,0
∗
(3,80 − 2,525)
2
 → H = 0,96 m 
5.4.10 Descarga de fundo 
A área da tubulação (S) responsável pela retirada do lodo foi determinada através da Equação 22. 
 
S =
A
4850 ∗ t
∗ (√h − √h1) 
(22) 
 
Na qual: 
S – Área da tubulação responsável pela retirada do lodo (m²); 
A – Área do decantador (A = 2.818,210 m²); 
45 
 
t – Tempo de esvaziamento (h = 1h, arbitrado); 
h – Altura da lâmina d’água sobre o eixo da tubulação (m); 
h1 – Altura do poço até o eixo da tubulação (m). 
O decantador com remoção mecanizada de lodo em questão possui fundo inclinado e, por isso, 
adotou-se uma inclinação (i) de 1%. Dessa forma, a altura da lâmina d’água sobre o eixo da 
tubulação (h) foi calculada por meio da Equação 23. 
 h ≅ 2,5 + 0,01 ∗ (112,73 − 0,35 − 3,80) + 0,96 + 0,30∗ = 4,84 m (23) 
* Distância do fundo do poço ao eixo da canalização de descarga = 0,30 (valor estimado). 
Já a altura do poço até o eixo da tubulação de descarga de lodo (h1) foi obtida através da Equação 
24. 
 h1 = 0,96 + 0,30 = 1,26 m (24) 
Finalmente, calculou-se a área da tubulação (S): 
S =
A
4850 ∗ t
∗ (√h − √h1) =
2.818,210
4850 ∗ 1
∗ (√4,84 − √1,26) → S = 0,627 m² 
O diâmetro de um conduto correspondente a esta área foi encontrado por meio da Equação 25.S =
π ∗ D2
4
 
(25) 
 
 
Assim: 
S =
π ∗ D2
4
→ D = √
4 ∗ S
π
= √
4 ∗ 0,627
π
 → D = 0,89373 m ≅ 894 mm 
46 
 
De acordo com o item 6.1.3.6 da ABNT NBR 12209:1992, a tubulação de remoção de lodo deve 
ter diâmetro mínimo de 150 mm. Em razão disso e do cálculo acima, adotou-se um diâmetro 
comercial de 900 mm. 
As dimensões finais dos poços de lodo estão ilustradas na Figura 12. Já a Figura 13 mostra o 
detalhe de um corte do poço. 
Figura 12: Dimensões finais dos poços de lodo (unidades em cm – sem escala) 
 
Fonte: Autora (2017). 
 
 
47 
 
Figura 13: Detalhe do corte do poço (unidades em cm – sem escala). 
 
Fonte: Autora (2017). 
 
5.4.11 Vertedores de saída 
A ABNT NBR 12209:1992 prescreve que a taxa de escoamento através do vertedor de saída não 
deve exceder a 720 m³/dia x m de vertedor, valor correspondente a 30 m³/h x m. 
Para este projeto de estação de tratamento, adotou-se 4 calhas, sendo que uma delas está próxima 
à parede final do decantador, o que acarreta na contribuição de apenas um de seus lados, enquanto 
as outras recebem contribuição de ambos os lados. As quatro calhas possuem comprimento 
correspondente à medida da largura do decantador, isto é, 25 m. Sendo assim, o comprimento real 
das calhas, ou seja, o comprimento efetivo que recebe contribuição de efluente, é de 175 m. Dessa 
forma, por meio da Equação 26, foi calculada a taxa de escoamento resultante nos vertedores de 
saída. 
 
Tr =
Qmáx
nº decantadores ∗ Lreal calhas
 
(26) 
Onde: 
Tr – Taxa de escoamento resultante (m³/h x m); 
Qmáx – Vazão máxima de projeto (m³/h); 
48 
 
Lreal calhas – Comprimento real das calhas (m). 
Assim: 
Tr = 
1,304727 ∗ 3600
2 ∗ 175
= 13,42 
m3
h ∗ m
 → Tr = 13,42
m3
h ∗ m
< 30
m3
h ∗ m
 
 
5.4.12 Dimensões das calhas de coleta de efluente 
A vazão de contribuição no vertedor (Qc) equivale à 2/3 da vazão no decantador (vazão máxima 
de projeto), conforme Equação 27, a qual também considera a quantidade de dois decantadores 3 
quatro calhas. 
 
Qc =
2
3
∗
1,304727
2 ∗ 4
= 0,109 m3/s 
(27) 
Adotando-se a largura da calha (b) igual a 0,50 m, foi obtida a altura máxima na calha (Hmáx) 
através da Equação 28. 
 
Hmáx = √
Qc
1,3 ∗ b
3
2
 
(28) 
Assim: 
Hmáx = √
Qc
1,3 ∗ b
3
2
= √
0,109
1,3 ∗ 0,5
3
2
 → Hmáx = 0,30 m ≅ 30 cm 
Portanto, adotou-se uma calha comercial com altura de 0,60 m para que esta tenha dimensão 
corresponda ao dobro do valor encontrado. Visando facilidade construtiva, esta altura também foi 
adotada para a calha de coleta de escuma. 
Para os vertedores de coleta de efluente, primeiramente dividiu-se a contribuição por dois 
decantadores e por quatro calhas (Equação 29). 
49 
 
 
Q = 
1,304727
2 ∗ 4
= 0,163 m3/s 
(29) 
Arbitrando-se para b um valor igual a 1,0 m, foi possível encontrar a altura máxima para a calha 
de coleta por meio da Equação 28. 
Hmáx = √
Q
1,3 ∗ b
3
2
= √
0,163
1,3 ∗ 1,0
3
2
 → Hmáx = 0,25 m ≅ 25 cm 
Logo, adotou-se o dobro do valor encontrado para a altura da calha de coleta: 0,50 m. 
Por fim, a altura total da calha de coleta de efluente será equivalente a soma entre a altura da calha 
que recebe contribuição do decantador e a altura da calha de coleta calculada anteriormente, 
findando num valor de 1,10 m. 
A Figura 14 ilustra um corte das calhas de contribuição e coleta do efluente, enquanto a Figura 15 
mostra um detalhe em corte das dimensões finais do decantador. Além disso, é possível visualizar 
as dimensões em planta das calhas na Figura 16. 
Figura 14: Corte das calhas de contribuição e coleta do efluente (unidades em cm – sem escala). 
 
Fonte: Autora (2017). 
 
 
 
 
 
50 
 
Figura 15: Detalhe em corte das dimensões finais do decantador (unidades em cm – sem escala). 
 
Fonte: Autora (2017). 
 
Figura 16: Dimensões em planta das calhas (unidades em cm – sem escala). 
 
Fonte: Autora (2017). 
 
51 
 
Um esquema final do tratamento primário pode ser visualizado na Figura 17. Foram colocadas três 
caixas de distribuição após o tratamento preliminar de forma a se dividir a vazão por dois, uma 
vez que adotou-se dois decantadores. 
Figura 17: Esquema final do tratamento primário com três caixas de distribuição (unidades em m – sem escala). 
 
Fonte: Autora (2017). 
 
5.5 Tratamento secundário 
De acordo com SANT’ANNA JUNIOR (2013), o tratamento secundário é responsável por reduzir 
a matéria orgânica no efluente doméstico por meio de métodos biológicos. Dessa maneira, a 
diversidade microbiológica é um fator importante para tratamento dos poluentes que podem estar 
presentes no esgoto. 
52 
 
5.5.1 Métodos comparativos de sistema de tratamento 
Metcalf e Eddy (1991, apud Oliveira, 2004) afirma que o conhecimento teórico é tão importante 
quanto a experiência para a seleção e análise de fluxogramas de processos de tratamento. Ressalta 
também que o custo é a maior significância para a seleção de uma estação de tratamento, não 
somente o custo inicial de construção, como também os custos anuais de operação e manutenção. 
Os fatores que Von Sperling (2005) usou para selecionar o melhor sistema foram: eficiência, 
confiabilidade, disposição do lodo, requisitos de área, impactos ambientais, custos de implantação 
e operação, sustentabilidade e simplicidade. O mesmo autor concluiu que é necessário fazer uma 
análise para cada situação, com todas as especificações locais, para selecionar um determinado 
sistema de tratamento de esgoto, pois não existe um sistema ideal para todos os casos. 
Nos países subdesenvolvidos, os custos de implantação e operação, sustentabilidade e 
simplicidade são os aspectos mais relevantes para a escolha de um tipo de tratamento (VON 
SPERLING, 2005). Dentre todos os fatores mencionados por Von Sperling (2005), por falta de 
tempo para uma investigação mais aprofundada, serão analisados apenas os requisitos de área, o 
grau de eficiência de remoção da matéria orgânica e uma breve observação a respeito dos custos 
de implantação e demanda de energia dos sistemas de tratamento. 
A disponibilidade de terreno para a instalação de um sistema de tratamento de efluente é 
importante para a definição do tipo de ETE, sendo que primeiramente deve ser avaliado se há 
condições de ser utilizado, principalmente em relação as restrições ambientais e as Áreas de 
Preservação Permanente (APP). A porcentagem de desmatamento da cidade de Ananindeua 
alcançou 78% até o ano de 1986, por isso, é de fundamental importância atentar para a preservação 
da vegetação (PORTAL DA PREFEITURA DE ANANINDEUA, 2017). 
A eficiência de remoção de DBO também tem sua importância, pois deve atender as condições e 
padrões de qualidade do corpo receptor exigidos pela Resolução 357 CONAMA (2005). 
Os custos de implantação e construção englobam custos de licenciamento ambiental, obras, 
pagamento de serviços de instalação e construção, equipamentos, etc (VON SPERLING, 2005). 
Assim, quanto menor os custos, maior será a viabilidade econômica do sistema. 
A Tabela 8 apresenta as três principais características mencionadas anteriormente, entre outras. 
 
53 
 
Tabela 8: Métodos de tratamento secundário e suas características. 
Sistemas de tratamento 
Eficiência 
na 
remoção 
de DBO 
(%) 
Área 
(m²/hab) 
Custos de 
implant. 
(US$/hab) 
Potência 
(W/hab) 
Produção de 
lodo 
(m²/hab.ano) 
Lagoa facultativa 70-85 2,0-5,0 10,0-30,0 0 - 
Lagoa anaeróbia - facultativa 70-90 1,5-3,5 10,0-25,0 0 - 
Lagoa aeradafacultativa 70-90 0,25-0,5 10,0-25,0 1,0-1,7 - 
Lagoa aerada mist. Comp - Lagoa de decant. 70-90 0,2-0,5 10,0-25,0 1,0-1,7 - 
Lodos ativados convencional 85-93 0,2-0,3 60,0-120,0 1,5-2,8 1,1-1,5 
Lodos ativados (aeração prolongada) 93-98 
0,25-
0,35 
40,0-80,0 2,5-4,0 0,7-1,2 
Lodos ativados (fluxo intermitente) 85-95 0,2-0,3 50,0-80,0 1,5-4,0 0,7-1,5 
Filtro biológico (baixa carga) 85-93 0,5-0,7 50,0-90,0 0,2-0,5 0,4-0,6 
Filtro biológico (alta carga) 80-90 0,3-0,45 40,0-70,0 0,5-1,0 1,1-1,5 
Biodiscos 85-93 
0,15-
0,25 
70,0-120,0 0,7-1,5 0,7-1,0 
Reator anaeróbio de manta de lodo 60-80 
0,05-
0,10 
20,0-40,0 0 0,07-0,1 
Fossa séptica - Filtro anaeróbio 70-90 0,2-0,4 30,0-80,0 0 0,07-0,1 
Infiltração lenta 94-99 
10,0-
50,0 
10,0-20,0 0 - 
Infiltração rápida 85-95 1,0-6,0 5,0-15,0 0 - 
Infiltração subsuperficial 90-95 1,0-6,0 5,0-15,0 0 - 
Escoamento superficial 85-95 1,0-6,0 5,0-15,0 0 - 
Fonte: Von Sperling (2005). 
 
Analisando a Tabela 8 pode-se descartar, intuitivamente (ou de acordo com os fatores 
supracitados), os sistemas de tratamento por meio de lagoas de estabilização e lodos ativados. O 
primeiro sistema demanda áreas consideravelmente maiores para sua construção e instalação e, 
como a vazão máxima de projeto de Ananindeua é grande, a opção de tratamento através de lagoas 
torna-se inviável e trabalhosa. Já o sistema de lodos ativados possuem elevados custos de 
implantação e requerem grande quantidade de energia para sua operação. Além disso, é o tipo de 
tratamento que mais produz lodo por ano. 
Observando a mesma tabela, pode-se concluir que o reator anaeróbio de manta de lodo é uma 
opção de tratamento que se enquadra nos fatores em discussão, uma vez que, se comparado aos 
demais sistemas, seu requisito de área é baixo (atendendo a questão da sustentabilidade), a 
eficiência de remoção de DBO é satisfatória e também possui custo de implantação relativamente 
54 
 
baixo. Além disso, existem outras vantagens, como reduzido consumo de energia; construção, 
operação e manutenção simples e baixíssima produção de lodo. 
Ao consultar a Tabela 8, o filtro biológico também pode ser uma opção de tratamento adequada 
para a cidade de Ananindeua, já que possui alta eficiência de remoção de matéria orgânica e baixa 
demanda de potência e produção de lodo se comparado aos lodos ativados. O sistema de tratamento 
através de filtro biológico também possui vantagem sobre os biodiscos no que diz respeito ao custo 
de implantação. 
Portanto, optou-se pelo dimensionamento de ambos os sistemas de tratamento mencionados 
anteriormente. Logo em seguida, realizou-se uma análise comparativa entre os mesmos, levando 
em consideração os critérios de área requerida e eficiência de remoção de DBO. 
5.5.2 Filtro biológico 
O processo de filtração biológica é caracterizado pela alimentação e percolação contínua de esgoto 
através de um meio suporte. A continuidade da passagem dos esgotos nos interstícios promove o 
crescimento e a aderência de massa biológica na superfície do meio suporte. O contato do esgoto 
afluente com esta massa biológica realiza uma oxidação bioquímica (JORDÃO; PESSÔA, 1995). 
Quando a matéria orgânica é removida por meio de uma única unidade (apenas um dispositivo), o 
filtro biológico apresenta um único estágio. Por outro lado, se dois reatores em série degradam a 
matéria orgânica, o filtro é composto por dois estágios. 
5.5.2.1 Filtro biológico de um único estágio 
Primeiramente, foi dimensionado um filtro biológico de um único estágio para tratar esgoto 
doméstico a 26 ºC (temperatura do mês mais frio de Ananindeua), produzindo um efluente com 
concentração de saída (Se) de 40 mg DBO5/L (valor arbitrado levando em consideração que as 
concentrações médias de DBO em um filtro biológico não superam o valor de 60 mg/L, conforme 
Nascimento (2017). 
Segundo Von Sperling (2005), a concentração afluente de DBO5 dos esgotos domésticos brutos 
S′0 tem um valor médio da ordem de 300 mg/L. Visto isso, adotou-se este valor para 
dimensionamento. 
Conforme Tabela 7, ainda considerando a vazão máxima de projeto dividida por 3 (três caixas de 
distribuição após tratamento primário, Q = 1,3047 m3/s = 112.728,38 m3/dia), a eficiência de 
55 
 
remoção de DBO no decantador primário (E0) calculada foi de 36%. Dessa forma, por meio da 
Equação 30, calculou-se a DBO efluente do decantador primário (S0). 
 
S0 = S′0 ∗ (1 −
E0
100
) 
(30) 
Onde: 
S0 – DBO efluente do decantador primário (mgDBO5/L); 
S′0 - DBO afluente do decantador primário (mgDBO5/L); 
E0 – Eficiência de remoção de DBO no decantador primário (%). 
Portanto: 
S0 = S′0 ∗ (1 −
E0
100
) = 300 ∗ (1 −
36
100
) → S0 = 192 mgDBO5/L 
Para o cálculo da eficiência do filtro biológico, foi utilizada a Equação 31. 
 
E1 =
S0 − Se
S0
 
(31) 
Onde: 
E1 – Eficiência do filtro biológico (%); 
Se – DBO efluente (ou de saída) do filtro biológico (mgDBO5/L). 
Portanto: 
E1 =
192 − 40
192
= 0,7917 = 79,1667% → E1 ≅ 79% 
Levando em consideração que a eficiência E1 é atingida para uma temperatura de 20ºC e adotando 
a razão de recirculação (R) igual a 3, foi possível estimar a carga de DBO no filtro por meio do 
gráfico da Figura 18. 
Figura 18: Curvas de eficiência para filtro biológico de etapa única. 
56 
 
 
Fonte: Autora (2017). 
 
Portanto, a carga de DBO no filtro é de 780 g DBO/(m³xdia), isto é, 0,78 kg DBO/(m³xdia). Assim, 
conforme a Tabela 9, classificou-se o filtro de estágio único em alta taxa de aplicação de carga 
orgânica. 
 
 
 
57 
 
Tabela 9: Classificação do filtro biológico. 
 
Fonte: Revista TAE (2011). 
 
Inúmeros modelos matemáticos podem ser utilizados para o dimensionamento de filtros biológicos 
percoladores, sendo a maioria de caráter essencialmente empírico. Assim, utilizou-se a Fórmula 
do NRC (National Research Council) e o fator de recirculação foi calculado através da Equação 
32 (WEF, 2000). 
 
E1 =
100
1 + 0,443√
Carga DBO5 
F
 
(32) 
Onde: 
Carga DBO5 – Carga de matéria orgânica (kg DBO5/m³xdia); 
F – Fator de recirculação. 
Logo: 
79,1667 =
100
1 + 0,443 ∗ √
0,78
F
 → F = 2,2104 ≅ 2,21 
Neste caso, a eficiência E1 (considerada para uma temperatura de 20ºC de acordo com o gráfico 
da Figura 18), deve ser corrigida para a temperatura do problema, no caso 26ºC, por meio da 
Equação 33. 
 ET = E20 ∗ 1,035
T−20 (33) 
Onde: 
58 
 
ET – Eficiência do filtro corrigida para a temperatura do problema (26ºC); 
E20 – Eficiência do filtro a 20ºC; 
T – Temperatura do problema (26ºC). 
Portanto: 
 
E26 = 79,1667 ∗ 1,035
26−20 → E26 ≌ 97,32% 
O aumento da eficiência do filtro se deve ao fato da elevação da temperatura (relação de 
proporcionalidade), ou seja, quanto maior o valor da temperatura, maior será a velocidade de 
decomposição dos esgotos. A faixa ideal para a atividade biológica é entre 25 e 35ºC (ÁGUA, 
VIDA & CIA). 
A razão de recirculação (α), a qual não pode apresentar valores superiores a 5, foi calculada através 
da Equação 34 (NASCIMENTO, 2017). 
 
F =
1 + α
(1 + 0,1α)2
 
(34) 
Substituindo o valor de F calculado anteriormente: 
2,21 =
1 + α
(1 + 0,1α)2
 → 0,02221α2 − 0,5579α + 1,2104 = 0 → α = 2,397 
Para se determinar as dimensões do filtro biológico, primeiramente obtém-se o volume do filtro 
através da Equação 35 de taxa de aplicação orgânica: 
 
Carga de DBO =
Q ∗ S0
V
 → V = 
Q ∗ S0
Carga de DBO
 
(35) 
Onde: 
V – Volume do meio filtrante (m³); 
Q – Vazão máxima de projeto dividida por três caixas de distribuição e por três filtros