sua estrutura molecular”
Capítulo 2: Tratamento Preliminar: 2.1 Introdução.
2.2 Separação sólido/líquido.
2.2.1 - Separação de Sólidos Grosseiros em Suspensão.
A separação de sólidos grosseiros em suspensão, presentes em efluentes líquidos pode ser feita, através das operações de gradeamento e peneiramento.
a) Gradeamento:
São dispositivos constituídos por barras paralelas e igualmente espaçadas que destinam-se a reter sólidos grosseiros em suspensão e corpos flutuantes.
O gradeamento é a primeira unidade de uma estação de tratamento de esgoto, sendo que essa unidade, só não deve ser prevista, na ausência total de sólidos grosseiros no efluente a ser tratado.
Tabela 1. Aberturas ou espaçamentos e dimensões das barras :
Tipo de grade: Espaçamento
(mm): Espessuras mais usuais (mm):
Grosseira 40 10 e 13 60 10 e13 80 10 e 13 100 10 e13 Média 20 8 e 10 30 8 e10 40 8 e 10 Fina 10 6, 8 e 10 15 6, 8 e 10 20 6, 8 e 10
Tabela 2. Eficiência do sistema de gradeamento (E):
t a = 20 mm a = 25 mm a = 30 mm
6 mm 75 % 80 % 83,4 %
8 mm 73 % 76,8 % 80,3 %
10 mm 67,7 % 72,8 % 77 %
O sistema de gradeamento pode conter uma ou mais grades. As grades grosseiras são utilizadas, quando o esgoto apresenta grande quantidade de sujeira. Nas grades são retidas pedras, pedaços de madeira, brinquedos, animais mortos e outros objetos de tamanho elevado.
As grades média e fina devem ser utilizadas para retirada de partículas, que ultrapassam o gradeamento grosseiro. As grades fina e média só devem ser instaladas, sem o gradeamento grosseiro, no caso de remoção mecânica dos resíduos.
- Dimensionamento da área necessária para o canal das barras
As velocidades recomendadas através das barras são de: Máxima: 0,75 m/s;
Mínima: 0,40 m/s.
Esses valores devem ser verificados para as velocidades máxima, média e mínima.
S (área do canal) = Au / E;
A altura da lâmina de água, a montante da grade é determinada pelo nível de água, da unidade subsequente e pela perda de carga na grade.
- Perda de carga nas grades:
Hf = 1,43 (V2 + v2) / 2 . g
Deve-se também calcular, a perda de carga, nos casos em que a grade fica 50 % suja; isto é, quando a velocidade do fluxo se torna duas vezes maior.
Au = área livre = Au = Q/V;
E = Eficiência (Tabela 2);
V = Velocidade através das grades (usual = 0,6 m/s); v = Velocidade a montante da grade = V . E;
g = 9,8 m/s2;
Tabela 3: Composição do material retido nas grades. Papéis 10 a 70 % Estopa 10 a 20 % Trapos e panos 5 a 15 % Materiais diversos 20 a 60 % Material volátil 85 %
Fonte: DAE – Departamento de Água e Esgoto do Estado de São Paulo (1969);
Após retido pelo sistema de gradeamento, o material deve ser removido e exposto a luz, para secar, sendo em seguida encaminhado para um aterro sanitário ou incineração. Para pequenas estações (vazão < 5 l/s), pode-se enterrar este material, desde que, adequadamente. Deve-se ter vários cuidados para que não ocorra o acúmulo de resíduos no gradeamento, para consequentemente não haver mau cheiro.
45 º a 60º
a t
b) Peneiramento:
O peneiramento tem como objetivo principal, a remoção de sólidos grosseiros com granulometria maior que 0,25 mm. As peneiras podem ser classificadas em estáticas e rotativas. Estas devem ser usadas principalmente, em sistemas de tratamento de águas residuárias industriais, sendo que, em muitos casos, os sólidos separados podem ser reaproveitados.
Podem ser utilizadas anteriormente aos Reatores Anaeróbios, já que estes apresentam ótimo desempenho no tratamento de efluentes líquidos, com baixas concentrações de matéria orgânica solúvel e particulada.
O aparecimento de peneiras mecanizadas tende a mudar o uso quase exclusivo do gradeamento, no tratamento preliminar de esgotos sanitários.
- Peneiras estáticas:
Neste tipo de operação o efluente flui na parte superior, passando pela peneira inclinada, sendo posteriormente encaminhado para unidade seguinte. Os sólidos fixados na peneira são empurrados pela força do próprio efluente.
Este tipo de peneira é muito empregado nas indústrias; de celulose e papel, têxtil, nos frigoríficos, curtumes, fábricas de sucos, fecularias, como também na remoção de sólidos suspensos de esgotos sanitários.
afluente
Efluente
Sólidos retidos
- Peneiras rotativas:
Nesta peneira, o efluente penetra através da parte superior da peneira, atravessa as fendas, sendo recolhido na caixa inferior. Os sólidos são removidos por uma lâmina raspadora, sendo recolhido em um vaso coletor.
Para dimensionar as peneiras rotativas, é necessário saber a taxa de aplicação, que é determinada pelo fabricante.
A = Q / I onde
2.2.2 - Separação de Partículas Discretas.
Partículas discretas são aquelas que durante a sedimentação, não alteram sua forma, peso ou volume.
Nos sistemas de tratamento de esgoto doméstico, partículas discretas são quase totalmente constituídas de areia, que surge através do sistema de coleta mau construído.
Outras partículas discretas são os cereais, muito encontrados em indústrias alimentícias.
As partículas discretas devem ser retiradas antes do processo biológico, devido as suas características abrasivas; por serem inertes e tenderem a se acumular nos sistemas de tratamento.
As partículas de areia devem ser removidas, nas unidades de tratamento preliminar, denominadas caixas de areia ou desarenadores. Essas unidades são dimensionadas a partir do conhecimento da velocidade de sedimentação das partículas.
Tabela 4: Velocidade de sedimentação em relação ao tamanho da partícula:
Tamanho das partículas Fórmula de Allen Valores práticos
1,0 mm 8,5 cm/s 10 cm/s 0,5 mm 4,3 cm/s 5 cm/s 0,3 mm 2,6 cm/s 3 cm/s 0,2 mm 1,7 cm/s 2 cm/s A = área da tela; Q = vazão (m3/h);
a- Caixa de Areia e Desarenadores:
- Velocidade nas caixas de areia:
A velocidade recomendada para projeto de caixas de areia é da ordem de 0,30 m/s. A velocidade na caixa de areia deve ser menor do que 0,45 m/s e maior do que 0,10 m/s para qualquer etapa de um projeto.
- Largura das caixas de areia:
b = Qmax / (hmax . V) onde
Z = ( Qmax . Hmin – Qmin . Hmax) / ( Qmax - Qmin );
onde
H = ( Q / k)1 / n;
Planta Baixa
Corte
Gradeamento, Caixa de Areia e Calha
b = Largura da caixa de areia;
hmax = Hmax + Z;
V = Velocidade adotada nos canais.
Qmax = Vazão máxima;
Qmin = Vazão mínima;
Hmáx = altura máxima;
Tabela 5. Valores de n e k: W N K 3” 1,547 0,176 6” 1,580 0,381 9” 1,53 0,535 1’ 1,522 0,690 2’ 1,550 1,426
Tabela 6: Valores de vazão (l/s), nos medidores Parshall:
H (cm) Garganta W 3” 6” 9” 1’ 3 0,8 1,4 2,5 3,1 4 1,2 2,3 4,0 4,6 5 1,5 3,2 5,5 7,0 6 2,3 4,5 7,3 9,9 7 2,9 5,7 9,1 12,5 8 3,5 7,1 11,1 14,5 9 4,3 8,5 13,5 17,7 10 5,0 10,3 15,8 20,9 11 5,8 11,6 18,1 23,8 12 6,7 13,4 21,0 27,4 13 7,5 15,2 23,8 31 14 8,5 17,3 26,6 34,8 15 9,4 19,1 29,2 38,4 16 10,8 21,1 32,4 42,5 17 11,4 23,2 35,6 46,8 18 12,4 25,2 38,8 51 19 13,5 27,7 42,3 55,2 20 14,6 30 45,7 59,8 25 20,6 42,5 64,2 83,8 30 27,4 57,0 85,0 111,0 35 34,4 72,2 106,8 139,0 40 42,5 89,5 131,0 170,0 45 51,0 107,0 157,0 203,0 50 - - 185,0 240,0 55 - - 214,0 277,0 60 - - 243,0 314,0
- Comprimento da caixa de areia (m):
Tabela 7: Valores de taxa de escoamento superficial (m3/m2.dia):
Diâmetro médio
(mm) 100 % % Remoção 90 % 85 %
0,16 288 390 500
0,20 400 670 870
0,25 650 1100 1300
A taxa de escoamento superficial é utilizada, para verificação do cálculo de diversas unidades de tratamento de água e de esgoto. Através de dados de estações operando, pode-se obter valores para comparação com os dados de projeto.
Para caixas de areia, o valor adotado para a boa eficiência deve variar entre 600 e 1200 m3/m2.dia, ou seja, em cada m2 de área superficial, é possível passar uma vazão entre 600 e 1200 m3/dia. No caso de uma caixa de areia com área de 5 m2, pode-se ter uma vazão entre 3000 e 6000 m3/dia.
L = V . hmáx / (Q/A) onde;
Considerando-se: velocidade = 0,30 cm/s;
Q/A = 1150 m3/m2.dia (0,0133 m/seg);
É possível obter uma eficiência de 90 %, na remoção de partículas maiores que 0,25 mm. Se L = 0,3 . hmáx / 0,0133, então L = 22,5 . hmáx;
- Área da seção transversal da caixa de areia ( m2):
S = b . hmáx;
Obs.: Ao se calcular uma caixa de areia deve-se, após o dimensionamento, verificar se as velocidades e as taxas de escoamento superficial estão dentro dos valores descritos.
L = comprimento da caixa de areia (m);
Q/A = Taxa de escoamento superficial (m3/m2.dia);
V = Velocidade no canal (m/s);
Tabela 8: Verificação das dimensões da caixa de areia.
Q m3/s H m h m b(m) S(m2) L (m) Velocidade (m/s) Taxa (m3/m2.dia)
Qmáx Hmáx Hmáx b Smáx L 0,15 < v < 0,45 600 < TES < 1200 Qméd Hméd Hméd b Sméd L 0,15 < v < 0,45 600 < TES < 1200 Qmín Hmín Hmín b Smín L 0,15 < v < 0,45 600 < TES < 1200
Tabela 9: Dimensões do vertedor Parshall:
W A B C D E F G K N L / S Pol Cm Cm Cm Cm Cm Cm Cm Cm Cm Cm Qmín Qmáx 3 7,6 46,6 45,7 17,8 25,9 61,0 15,2 30,5 2,5 5,7 0,85 53,8 6 15,2 62,1 61,0 39,4 32,1 61,0 30,5 61 7,6 11,4 1,42 110,4 9 22,9 88,0 86,4 38,0 57,5 76,3 30,5 45,7 7,6 11,4 2,55 251,9 12 30,5 137,2 134,4 61,0 84,5 91,5 61,0 91,5 7,6 22,9 3,11 455,6 18 45,7 144,9 142,0 76,2 102,6 91,5 61,0 91,5 7,6 22,9 4,25 696,2 24 61,0 152,5 149,6 91,5 120,7 91,5 61,0 91,5 7,6 22,9 11,89 936,7 A
b – Caixa de areia circular:
Neste tipo de caixa, a areia também é retirada na entrada da estação de tratamento de esgoto; o que a diferencia das caixas de areia retangulares é a ocupação do espaço. Apesar de ocupar a mesma área, este tipo de unidade pode adequar-se melhor ao espaço disponível para sua instalação.
Em casos que não exista área suficiente para a instalação de caixas de areia retangulares, devido ao seu grande comprimento, pode-se projetar caixas de areia com formato circular.
Fonte: Projeto de estação Pré-Fabricada em fibra de vidro.
O cálculo das caixas de areia circular deve considerar a mesma taxa de escoamento superficial, adotadas no cálculo de caixas de areia retangulares. Devem ser usadas para população menor que 10.000 habitantes.
- Falhas operacionais dos desarenadores:
Algumas evidências de falhas na operação são, o aparecimento de excesso de matéria orgânica no material removido, que pode ser causado, pela variação na velocidade do canal e pelo tempo de retenção muito longo; este pode ser prevenido com a instalação de um sistema de aeração. Outra evidência é o arraste de areia no efluente, causado pela velocidade do esgoto, ser maior do que a do projeto, ou por haver demora na limpeza das caixas de areia. Isto pode ser prevenido, com o uso de duas caixas em paralelo e pela limpeza com maior freqüência.