PROJETO CIVIL / HIDRÁULICO DO SISTEMA DE TRATAMENTO

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1 ESTÇÃO DE TRTMENTO DE ESGOTOS CENTRL CRCTERÍSTICS DOS EFLUENTES NO ZÃO ZÃO ZÃO TOTL (l/s) ZÃO DOMÉSTIC (l/s) INFIL. INDUST. (com infiltração) Mínima Média Máxima (l/s) (l/s) Mínima Média Máxima POPULÇÃO TENDID Início ,77 133,53 240,36 59,22 0,00 125,99 192,75 299, ª Etapa ,06 146,11 263,00 69,88 0,00 142,93 215,99 332, Final ,34 158,69 285,64 80,53 0,00 159,87 239,22 366, Coeficiente do dia de maior consumo (K1)... 1,20 Coeficiente da hora de maior consumo (K2)... 1,50 144,41 59,8 azões 22,0 366,17 340,46 Com Infiltração Sem Infiltração * Q máx = 366,17 l/s 1.318,21 m 3 /h 285,64 l/s 1.028,30 m 3 /h Q méd = 239,22 l/s 861,19 m 3 /h 158,69 l/s 571,28 m 3 /h * azão utilizada no dimensionamento, tendo em vista que o reator é alimentado a partir da EE Dados Reatores a implantar em Início de Plano Reatores a implantar em Final de Plano... 0 Número final de reatores ( N ) Número de reatores por módulo... 4 População por Módulo em Início de Plano População por Módulo em 1 a Etapa População por Módulo em Final de Plano Carga DBO per capita... 54,0 gdbo/hab x dia Concentração do DBO afluente ( S o ) S o = População (hab) x Carga DBO per capita (g DBO/hab x dia) x 1000 x Q méd em Início de Plano ,81 mgdbo/l =>>> 0,234 kgdbo/m 3 em 1ª Etapa ,31 mgdbo/l =>>> 0,228 kgdbo/m 3 em Final de Plano ,89 mgdbo/l =>>> 0,224 kgdbo/m 3 Relação entre DQO/DBO (entre 1,7 a 2,4 )... 1,7 6-19

2 Concentração do DQO afluente ( S o ) em Início de Plano ,47 mgdqo/l =>>> 0,397 kgdqo/m 3 em 1ª Etapa ,14 mgdqo/l =>>> 0,388 kgdqo/m 3 em Final de Plano ,61 mgdqo/l =>>> 0,381 kgdqo/m 3 Coeficiente de produção de sólidos ( Y ) *... 0,10 kg SST / kg DQO apl Coeficiente de produção de sólidos, em termos de DQO ( Y obs )... 0,21 kg DQO lodo / kg DQO apl Concentração esperada do lodo de descarte... 4,0% Densidade do lodo kg / m 3 * - Os valores de Y reportados para o tratamento de esgotos domésticos são da ordem de 0,10 a 0,20 kg SST/kgDQO apl DIMENSIONMENTO DO RETOR - Cálculo da carga alfuente média de DQO ( Lo ) Lo = S o x Q méd Onde Q méd = azão média (m 3 /dia) S o = Concentração de DQO afluente Lo (kg DQO/dia) , , ,71 - Tempo de detenção hidráulica para Q média ( TDH )... 8,00 h Para esgotos domésticos com temperatura em torno de 20 o C, é recomendável um tempo de detenção hidráulica da ordem de 8 a 10 horas para a vazão média, e não inferior a 4 horas para a vazão máxima. - Determinação do volume total do reator = Q méd x TDH = >>> = 861,19 m 3 /h x 8,00 h = 6.889,52 m 3 - olume de cada reator = >>> u = 6.889,52 / 16,00 u N = >>> u = 430,60 m 3 - doção da ltura do Reator ( H )... 5,00 m s alturas dos reatores para tratamento de esgotos domésticos devem estar compreendidas entre 4,0 e 5,0 m, assim distribuídas:.. altura do compartimento de decantação : 1,5 a 2,0 m.. altura do compartimento de digestão : 2,5 a 3,5 m 6-20

3 - Área de cada reator H u = >>> = 86,12 m 2 Dimensões sugeridas para seção retangular.. Comprimento: 10,72.. Largura: 8,04 = >>> = 430,60 / 5,00 Para seção quadrada será adotada a seguinte dimensão:.. Lado: 9,60 m Área de cada reator... 92,16 m 2 - erificação dos parâmetros adotados.. Área Total Corrigida ( t ) ,56 m 2.. olume Total Corrigido ( t ) ,80 m 3.. Tempo de detenção hidráulico corrigido ( TDH t ) - Cargas plicadas Etapa Início 1ª Etapa Final azão * Q méd 10,62 9,48 8,56 * Q máx 6,84 6,15 5,59 * azões com infiltração.. Carga Orgânica olumétrica CO Qmáx. horxso CO = carga orgânica volumétrica ( kgdqo/m 3 x dia ) Q máx hor = vazão ( m 3 / dia ) S o = concentração de substrato afluente ( kgdqo/m 3 ) = volume total do reator ( m 3 ) CO = 31637,04 x 0, ,80 CO = 1,63 kgdqo/m 3 x dia.. Carga Hidráulica olumétrica Q CH máx.hor CH = carga hidráulica volumétrica (m 3 / m 3 x dia) Q máx hor = vazão ( m 3 / dia ) = volume total do reator ( m 3 ) 6-21

4 CH = 31637,04 CH = 4,29 m 3 / m 3 x dia 7.372,80 - elocidades Superficiais v Q v = velocidade ascensional ( m / h ) Q = vazão ( m 3 / h ) = área da seção transversal do reator ( m 2 ) v (m/h) azão Q méd 0,47 0,53 0,58 Q máx 0,73 0,81 0,89 Recomenda-se as seguintes velocidades superficiais quando os efluentes são esgotos domésticos: azão fluente elocidade Superficial ( m/h ) azão Média 0,5-0,7 azão Máxima 0,9-1,1 Picos Temporários * < 1,5 * Picos de vazão com duração entre 2 e 4 horas Tubulação de Entrada Para a determinação do número de tubos de entrada de efluente para a alimentação do processo, deve-se observar a proporção de 01 (um) tubo para cada 04 (quatro) metros quadrados, no máximo, adotando-se preferencialmente a cada 03 (três) metros quadrados. Este cuidado deve ser tomado a fim de se evitar o fluxo preferencial no leito de lodo, o que prejudicaria o processo pela inadequada mistura substrato - lodo... Área de fundo da unidade (m 2 )... 92,16.. Número de tubos ( 1 tubo / 3 m 2 )... 30,72.. Número de tubos adotado azão média por tubo (l/s)... 0,92.. Diâmetro da tubulação (DN) elocidade na tubulação (m/s)... 0,21.. ltura máxima do N sobre o vértice do vertedor triangular (triângulo retângulo) (cm)... 5,33 - Câmara de Chedaga no USB.. Largura do vertedor adotado cm.. Diamêtro interno da câmara de distribuição cm.. Diamêtro externo (largura) da câmara de distribuição cm Eficiência - Na remoção de DQO E DQO ,68TDH 0,35 (CHERNICHRO 1997) 6-22

5 E DQO = eficiência em termos de remoção de DQO ( % ) TDH = tempo de detenção hidráulica para vazão média ( h ) 0,68 = constante empírica 0,35 = constante empírica E DQO (%) ,26% 69,05% 67,93% - Na remoção de DBO E DBO ,70TDH 0,50 (CHERNICHRO 1997) E DBO = eficiência em termos de remoção de DBO ( % ) TDH = tempo de detenção hidráulica para vazão média ( h ) 0,70 = constante empírica 0,50 = constante empírica E DBO (%) Tipo Teórico 78,52% 77,27% 76,08% dotato 70,00% 70,00% 70,00% - Concentração de DQO e de DBO no efluente final S S o E S 100 o S = Concentração de DQO ou de DBO efluente (mg/l) S o = Concentração de DQO ou de DBO afluente (mg/l) E = eficiência de remoção de DQO ou de DBO S (mg/l) Tipo DQO 118,19 120,11 122,07 DBO 70,14 68,49 67,17 - Na remoção de Coliforme.. Coeficiente de decaimento bacteriano - Kb K b 2,60 1,19 t20 K b = Coeficiente de decaimento bacteriano (dias -1 ) t = temperatura crítica admissível ( o C )

6 K b = 2,60 x 1,19 ( ) K b = 2,60 d -1 1 E1 1 Kb T E = Eficiência (%) K b = Coeficiente de decaimento bacteriano (dias -1 ) T = tempo de detenção (dias) E (%) Tipo Teórico 53,51% 50,67% 48,12% dotato 30,00% 30,00% 30,00% Produção de Biogás produção teórica de metano no sistema de tratamento pode ser estimada a partir das seguintes equações: Q CH 4 DQO K CH 4 t Q CH4 = produção volumétrica de metano ( m 3 / dia ) DQO CH4 = parcela de DQO convertida em gás metano ( kg DQO / dia ) K(t) = fator de correção para a temperatura operacional do reator ( kgdqo / m 3 ).. Determinação da parcela de DQO convertida em gás metano DQO.. CH.4 Qméd S0 S YobsS0 DQO CH4 = parcela de DQO convertida em gás metano ( kg DQO / dia ) Q méd = vazão ( m 3 / dia ) S o = concentração de DQO afluente (kgdqo/m 3 ) S = concentração de DQO efluente (kgdqo/m 3 ) Y obs = coef. de produção de sólidos no sistema, em termos de DQO ( kgdqo lodo /KgDQO apl ) DQO CH4 = 20668,56 x [ ( 0,381-0,122 ) - ( 0,210 x 0,381 )] DQO CH4 = 3692 kgdqo/dia 6-24

7 .. Fator de correção da temperatura operacional do reator K t P K R 273 t K = COD correspondente a um mol de CH g DQO / mol P = pressão atmosférica... 1 atm R = Constante dos gases... 0,08206 atm.l/mol. o K t = temperatura operacional do reator o C K (20)= 1 x 64 0,08206 x ( ) K (20)= 2,662 kg DQO / m 3 plicados estes valores na formula inicial temos: Q CH4 = ,662 Q CH4 = 1386,927 m 3 /dia - Produção de biogás Uma vez determinada a produção de metano, pode-se estimar a produção total de biogás a partir do teor esperado de metano. Para o caso do tratamento de esgotos domésticos, os teores de metano no biogás são geralmente da ordem de 70 a 80%.. Percentual de gás metano no biogás... 70,0% Q biogás = 1981,32 m 3 /dia - Tubulação Será adotada uma velocidade média de escoamento abaixo de 3,6 m/s a fim de impedir o arraste dos líquidos condensados, evitando, assim, possíveis danos nos medidores e sobretudo reduzindo as perdas de carga. - Seção da tubulação condutora = Produção de biogás (m 3 / dia) x ,60 (m/s) x N o de Área Neces- Diâmetro (mm) Reatores sária (mm 2 ) Necessário dotado 1 398,12 22,51 25 / ,25 31,84 32 / 1 1/ ,37 39,00 40 / 1 1/ ,50 45,03 50 / ,99 63,68 65 / 2 1/ ,49 77,99 80 / ,98 90, /

8 Canaleta de Recolhimento azão máxima por unidade... 22,89 l/s Dimensões do canal. Largura canal... 0,30 m. ltura livre do canal... 0,15 m. Largura da parede... 0,20 m Coeficiente de Manning (n) adotado... 0,014 Declividade no interior do canal... 0,0050 m/m Área da seção transversal máxima da calha... 0,045 m² Perímetro molhado máximo da seção transversal da calha... 0,60 m Para a verificação da seção trabalharemos com a formula de Manning R H P Para:.. = 0,045 m².. P = 0,60 m.. R H = 0,075 m R H = raio hidráulico, em m = área molhada, em m² P = perímetro molhado, em m. velocidade é obtida pela seguinte formula R 2 3 H n Para:.. R H = 0,075 m.. I = 0,005 m/m.. n = 0,014.. = 0,90 m/s i = velocidade, em m/s R H = raio hidráulico, em m I = declividade, em m/m n = coeficiente de rugozidade (Manning) Q. vazão máxima do canal será: Q = vazão do rio, em m³/s = velocidade, em m/s = área da seção molhada, em m² Para:.. = 0,90 m/s.. = 0,045 m².. Q = 40,42 l/s. Determinação do nível máximo no interior do canal (Cálculo por Tentativa) ltura da lâmina (arbitrada)... 0,06 m azão a ser conduzida pela calha... 11,44 l/s 6-26

9 erificação. Área Molhada... 0,02 m. Perímetro Molhado... 0,42 m. Raio Hidráulico... 0,04 m. elocidade... 0,610 m/s. azão na calha... 10,68 l/s Compartimento de decantação No projeto, deverão ser levadas em conta as seguintes diretrizes básicas: - instalação de defletores, localizados imediatamente abaixo das aberturas para o decantador, de forma a permitir a separação do biogás e propiciar que apenas o líquido e os sólidos adentrem ao compartimento de sedimentação. Estes defletores devem ter um trespasse mínimo de 10 a 15 cm em relação a abertura para o decantador; - execução das paredes do compartimento de decantação com inclinações sempre superiores a 45 o. Idealmente, devem ser adotadas inclinações iguais ou superiores a 50 o ; - adoção da profundidade do compartimento de decantação na faixa de 1,5 a 2,0 m; - taxas de aplicação superficial e tempo de detenção hidráulica no compartimento de decantação de acordo com o quadro abaixo. azão fluente Taxa de aplicação superficial ( m/h ) Tempo de detenção hidráulica ( h ) azão Média 0,6-0,8 1,5-2,0 azão Máxima < 1,2 > 1,0 Picos Temporários * < 1,6 > 0,6 * Picos de vazão com duração entre 2 e 4 horas. olume do compartimento de decantação.. Da área triangular Inclinação das placas (graus) ltura do triângulo (m)... 2,90 Largura do triângulo (m)... 2,90 Área da seção triangular (m 2 )... 4,21 Comprimento médio (m)...( 6,70 ) x 4 = > 26,80 olume da parte triangular (m 3 ) ,83.. Da parte superior ltura da parte superior (m)... 0,00 Área (m 2 )... 0,00 olume da parte superior (m 3 )... 0,00.. Da calha de recolhimento Largura da Calha (inclusive parede) (m)... 0,50 ltura da Calha (inclusive laje) (m)... 0,

10 Comprimento médio da calha (m)... 9,10 olume da calha (m 3 )... 10,01..olume por reator (m 3 ) ,82..olume Total (m 3 ) ,12..Tempo de detenção: T (h) azão Q méd 2,37 2,12 1,91 Q máx 1,53 1,37 1,25. Comprimento do decantador de cada USB (C d )... 26,80 m. Comprimento total de decantadores ( C t ) ,80 m. Largura útil de cada decantador ( L d )... 2,90 m. Área total de decantadores d C t L d d = 1243,52 m 2. Taxa de aplicação superficial nos decantadores ( v d ) v d Q v d (m/h) azão Q méd 0,56 0,63 0,69 Q máx 0,87 0,96 1,06 - bertura para admissão do esgoto no decantador. Comprimento de cada abertura (C a )... 8,88 m. Comprimento equivalente de aberturas simples ( C t ) ,32 m. Largura de cada abertura ( L a )... 0,72 m. Projeção horizontal da abertura... 0,51 m. Área total das aberturas t C t L t = 409,19 m 2. elocidade através das aberturas ( v a ) v a Q a 6-28

11 v a (m/h) azão Q méd 1,70 1,90 2,10 Q máx 2,64 2,93 3,22 Recomenda-se as seguintes velocidades nas aberturas para o decantador : azão fluente elocidade ( m/h ) azão Média < 2,0-2,3 azão Máxima < 4,0-4,2 Picos Temporários * < 5,6-6,0 * Picos de vazão com duração entre 2 e 4 horas. ertedor de Saída Produção de Lodo P.. Perímetro do ertedor... 34,40 m.. Tipo do ertedor... em.. Características do ertedor... Largura do Rasgo... 0,10 m... Largura do Dente... 0,08 m.. Número de Entalhes un.. azão por Entalhe... 0,08 l / s.. Carga Hidráulica sobre o ertedor Y lodo L o Onde... Q = vazão... 0,00008 m 3 / s... H = carga sobre o vertedor... 0,026 m P lodo = produção de sólidos no sistema ( kgsst / dia ) Y = coeficiente de sólidos no sistema ( kgsst / kgdqo apl ) L o = carga de DQO afluente ao sistema ( kgdqo / dia ) P lodo = 0,10 x 7867 P lodo = 786,67 kgsst / dia - Produção olumétrica Q1,40 H 5 2 lodo P lodo C lodo = produção volumétrica de lodo ( m 3 / dia ) 6-29

12 P lodo = produção de sólidos no sistema ( kgsst / dia ) = densidade do lodo ( usualmente da ordem de 1020 a 1040 kg/m 3 ) C = concentração do lodo ( % ) lodo = 786, ,00 x 0,04 lodo = 19,28 m 3 / dia 6-30