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Projeto estação de tratamento de esgoto

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Trabalho de Projeto estação de tratamento de esgoto UFRRJ

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Projeto estação de tratamento de esgoto

  1. 1. 1 UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO RIO DE JANEIRO INSTITUTO DE TECNOLOGIA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA IT178 – SANEAMENTO BÁSICO PROFESSOR Msc. ALEXANDRE LIOI GEFERSON ALVES RODRIGUES LUAN CAIO DE ÁGUAS VANDERSON RODRIGUES ALVES PROJETO: ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DE ESGOTO PARA O MUNICÍPIO DE RIO DAS FLORES-RJ PROJETO HIDRÁULICO PROJETO SANITÁRIO PRÉ-TRATAMENTO FISICO-QUIMICO SISTEMA SECUNDÁRIO DE LAGOA ANAERÓBIA E LAGOA FACULTATIVA AERADA SEROPÉDICA, DEZEMBRO DE 2012
  2. 2. 2 SUMÁRIO 1. MEMORIAL DESCRITIVO .....................................................................................................3 1.1. INTRODUÇÃO...............................................................................................................3 1.2. HISTÓRICO....................................................................................................................3 1.3. LEGISLAÇÃO PERTINENTE ............................................................................................3 2. MEMORIAL JUSTIFICATIVO .................................................................................................4 3. MEMORIAL DE CÁLCULO DO SISTEMA DE TRATAMENTO..................................................6 3.1. PARÂMETROS DE PROJETO..........................................................................................6 3.1.1. Considerações de Projeto.....................................................................................6 3.1.2. Vazões de Projeto .................................................................................................6 3.1.3. Carga Orgânica de Projeto....................................................................................7 3.2. DIMENSIONAMENTO ...................................................................................................7 3.2.1. Gradeamento........................................................................................................7 3.2.2. Desarenador .........................................................................................................8 3.2.3. Medidor de Vazão...............................................................................................10 3.2.4. Sistema de Lagoa Anaeróbia...............................................................................10 3.2.5. Sistema de Lagoa Aerada Facultativa.................................................................12 4. MANUAL DE OPERAÇÃO...................................................................................................17 5. MANUAL DE MANUTENÇÃO.............................................................................................17 6. ANEXOS (PLANTAS)...........................................................................................................19
  3. 3. 3 1. MEMORIAL DESCRITIVO 1.1. INTRODUÇÃO Este memorial se aplica ao projeto de um sistema de tratamento de efluentes destinado a atender a uma população equivalente a 11300 pessoas, no município de Rio das Flores/RJ com um horizonte de 20 anos. 1.2. HISTÓRICO O uso inconsequente dos recursos hídricos e a degradação do meio ambiente são práticas comumente vistas e que vem cada dia mais alertando a população e as autoridades. Os efeitos cumulativos causados pelas práticas danosas ao meio ambiente vêm provocando desequilíbrios ambientais consideráveis, chegando a ponto de debilitar a capacidade de autodepuração de muitos corpos receptores, causando prejuízos não somente ao meio ambiente como também e até tão quanto nocivamente as populações que habitam o meio. O conceito de preservação ambiental vem a cada dia se propagando e, do mesmo modo, a necessidade governamental de regularizar, defender e monitorar os processos envolvidos. 1.3. LEGISLAÇÃO PERTINENTE De forma geral, as fontes poluidoras têm demonstrado interesse em empregar recursos financeiros somente quando exigido pela legislação corrente, de forma a enquadrar seus níveis de lançamento naqueles tolerados pela normatização vigente.
  4. 4. 4 As condições técnicas do presente memorial estão de acordo com as resoluções do Conselho Nacional de Meio Ambiente - CONAMA e da Associação Brasileira de Normas Técnicas. Que são: Eficiência mínima de remoção de Carga Orgânica Bruta (DBO) de 80% e concentração máxima permitida de 60mg de DBO por litro de efluente tratado. 2. MEMORIAL JUSTIFICATIVO O sistema proposto para o tratamento é composto por tratamento preliminar de remoção de impurezas de maior diâmetro através de grades e desarenador, com finalidade de remover os sólidos grosseiros que talvez pudessem obstruir tubulações a jusante do tratamento, seguido de um medidor de vazão modelo Thompson. Após o tratamento preliminar, dispõe-se de um sistema de lagoa anaeróbia seguido de um sistema de lagoa aerada facultativa. As lagoas anaeróbias constituem-se em uma forma alternativa de tratamento, onde a existência de condições estritamente anaeróbias é essencial. Tal é alcançado através do lançamento de uma grande carga de DBO por unidade de volume da lagoa, fazendo com que a taxa de consumo de oxigênio seja várias vezes superior à taxa de produção. As lagoas anaeróbias são usualmente profundas, da ordem de 4 a 5 metros. A profundidade é importante, no sentido de reduzir a possibilidade de penetração do oxigênio produzido na superfície para as demais camadas. Por esse fato de serem profundas, essas lagoas requerem menor área para serem construídas. As lagoas anaeróbias não requerem qualquer equipamento especial, porém, a eficiência de remoção de DBO é da ordem de 50% a 60%, o que, de acordo com a legislação ambiental vigente, implica na necessidade de um sistema consecutivo a este tratamento. A remoção de parte da DBO na lagoa anaeróbia proporciona uma significativa economia de área, fazendo com que seja 2/3 menos do que necessitaria se fosse apenas uma aeróbia facultativa.
  5. 5. 5 A existência desse sistema anaeróbio possibilita a geração de mau odores. Porém, caso o sistema esteja bem equilibrado, a geração do mau cheiro não deve ocorrer, mas eventuais problemas de operação e manutenção podem conduzir a liberação de odores. Por essa razão, esse sistema normalmente é localizado onde é possível haver um afastamento grande das residências. Consecutivo ao tratamento pelo sistema de lagoa anaeróbia, visando atender as exigências da legislação pertinente, está um sistema de tratamento consistido em lagoa aerada facultativa que irá tratar de remover o restante da DBO para que o efluente possa ser despejado de volta ao curso d’agua. A lagoa facultativa aerada é utilizada quando se deseja ter um sistema predominantemente aeróbio, e de dimensões mais reduzidas se comparadas a outros tipos de lagoas de tratamento. Nesta, diferente da facultativa convencional, há forma de suprimento de oxigênio através de aeradores que produzem um turbilhonamento na água pela sua rotação propiciando a penetração do oxigênio atmosférico na massa líquida onde ele se dissolve. Devido à introdução da mecanização, a lagoa aerada é menos simples em termos de manutenção e operação. O tratamento anaeróbio será responsável pela retenção e digestão dos sólidos advindos do efluente bruto e do decantador secundário, sendo capaz de retê-los e ainda reduzir a carga orgânica do afluente.
  6. 6. 6 Figura 1: Esquema geral do sistema da Estação de Tratamento de Efluentes 3. MEMORIAL DE CÁLCULO DO SISTEMA DE TRATAMENTO 3.1. PARÂMETROS DE PROJETO 3.1.1. Considerações de Projeto  Número de habitantes: 11300 habitantes  Contribuição per capita de esgoto (q): 150l/hab.dia  Concentração de carga orgânica afluente por litro (DBO): 350mg/l  Coeficiente para dia de maior consumo (k1): 1,2  Coeficiente para hora de maior consumo (k2): 1,5 3.1.2. Vazões de Projeto Qméd = Pop x q Qméd = 11300hab x 150l/hab.dia Qméd = 1728m³/dia ou 20l/s Qmáx= Pop x q x k1 x k2 Qmáx= 11300hab x 150l/hab.dia x 1,2 x 1,5 Qmáx= 3110m³/dia ou 36l/s Obs.: Para o dimensionamento do sistema de lagoa anaeróbia e do sistema de lagoa aerada facultativa, utilizaremos a vazão média. Para o dimensionamento da grade, do desarenador, e do medidor de vazão, utilizaremos a vazão máxima.
  7. 7. 7 3.1.3. Carga Orgânica de Projeto C.O. = Qméd x q C.O. = 1728 m³/dia x 0,350 kg.DBO/m³ C.O. = 604,8 kg.DBO/dia 3.2. DIMENSIONAMENTO 3.2.1. Gradeamento  Espessura das barras (t = 1 cm)  Espaçamento entre barras (e = 1,5 cm)  Coeficiente de segurança (k = 0,25)  Velocidade máxima (Vmáx = 0,5 m/s)  Ângulo da grade (α = 60°)  Eficiência da grade: E = e ÷ (e+t) E = 1,5 cm ÷ (1,5 cm + 1 cm) E = 60 %  Área útil da grade: Au = Qmáx ÷ ((1 - k) . Vmáx) Au = 0,036 m³/s ÷ ((1 – 0,25) . 0,5 m/s) Au = 0,096 m²
  8. 8. 8  Área molhada do canal: Ac = Au ÷ E Ac = 0,096 m² ÷ 60 % Ac = 0,16 m²  Dimensões do canal: √ = 0,4 m L = 40 cm ; Hc = 40 cm ; Hu = 50 cm 3.2.2. Desarenador  Tamanho das partículas: ø = 0,2 mm  Velocidade máxima no desarenador: Vm = 0,24 m/s  Retenção de 80% das partículas  Temperatura da água: T = 20°C  Taxa de sedimentação: β = 1x10-4 m³areia/m³água  Velocidade de Sedimentação Vv = ø.(3.T + 70) Vv = 0,2 mm x (3x20 + 70) Vv = 0,026 m/s  Superfície do desarenador A = k.Q ÷ Vv A = (1,5 x 0,036 m³/s) ÷ 0,026 m/s A = 2,08 m²
  9. 9. 9  Dimensões horizontais Largura B = 40 cm = 0,4 m (Adotado) Comprimento: L = A ÷ B L = 2,08 m² ÷ 0,4 m L = 5,2 m Adotar 5,5 m  Lâmina de água mínima no desarenador Hn = Q ÷ (Vm x B) Hn = 0,036 m³/s ÷ (0,24m/s x 0,4) Hn = 0,38 m  Volume diário de sólido de sedimento VSD = β.Q.t VSD = 1x10-4 m³areia/m³água x 3110 m³/dia x 1 dia VSD = 0,311 m³/dia  Profundidade da câmara de sólidos h = VSD ÷ (L.B) h = 0,311 m³/dia ÷ (5,2 m x 0,4 m)  Velocidade de sedimentação das partículas com retenção de 80% V0 ÷ Vv = 0,8 V0 = 0,026 m/s x 0,8 V0 = 0,0208 m/s
  10. 10. 10  Diâmetro das partículas com retenção de 80% V0 = ø.(80%).(3.T+70) ø = 0,0002 m ou 0,2 mm 3.2.3. Medidor de Vazão Para uma vazão máxima de 36l/s adotamos um vertedor modelo Thompson de altura máxima para H = 30cm. A vazão instantânea dada por esse modelo de medidor pode ser calculada pela seguinte fórmula: Q = 1,4 . , onde H é a altura medida no vertedor. 3.2.4. Sistema de Lagoa Anaeróbia  Carga afluente de DBO L = 604,8 kg.DBOs/dia  Adoção da taxa de aplicação volumétrica Lv = 0,1 kg.DBO/m³.dia  Cálculo do volume requerido V = Carga ÷ Carga Volumétrica V = L ÷ Lv V = 604,8 kg.DBO/dia ÷ 0,1 kg.DBO/m³.dia V = 6048m³
  11. 11. 11  Verificação do tempo de detenção Tempo = Volume ÷ Vazão t = V ÷ Q t = 6048m³ ÷ 1728m³/dia t = 3,5 dias  Determinação da área requerida Profundidade adotada: H = 4,5 m Área = Volume ÷ Profundidade A = V ÷ H A = 6048 m³ ÷ 4,5 m A = 1344 m² = 0,135 ha. Adotar uma lagoa com dimensões no fundo de 50m x 27m e dimensões na superfície de 59m x 36m com inclinação de talude de 45°.  Concentração de DBO efluente Eficiência de remoção da DBO: E=50% (adotado) E = ((S0 – S) ÷ S0) x 100 50 = ((350 – S) ÷ 350) x 100 S = 175 mg/l  Acúmulo de lodo na lagoa anaeróbia Adotando-se uma taxa de acúmulo de 0,03 m³/hab.ano Acanual = Txacúmulo x População Acanual = 0,03 m³/ano.hab x 11300 hab Espanual = (Acanual x 1 ano) ÷ Área
  12. 12. 12 Espanual = (339 m³/ano x 1 ano) ÷ 1344 m² Espanual = 0,25 m/ano = 25 cm/ano Limpeza do lodo de 9 em 9 anos que é quando ao lodo atinge a metade da altura útil da lagoa.  Área total requerida A área total requerida é de 0,45 ha. A área total requerida para todos os componentes da estação é aproximadamente 30% superior a este valor. Assim, a área total será de 0,59 ha.  Dimensões da Lagoa Adotar uma lagoa de 35 m de comprimento por 58 m de largura. 58 metros 35 metros 3.2.5. Sistema de Lagoa Aerada Facultativa  Adoção de um tempo de detenção t = 8 dias (adotado)
  13. 13. 13  Estimativa da DBO solúvel efluente Admitindo-se um sistema de mistura completa, e adotando o coeficiente K = 0,6 dias-1 para 20°C, corrigido para 0,7 dias-1 a 23°C: DBOs solúvel: S = S0 ÷ (1 + K.t) S = 175 ÷ (1 + 0,7x8) S = 27 mg/l  Estimativa da DBO particulada efluente Assumindo que o efluente contenha 100 mg/l de sólidos em suspensão (SS) (O que garante uma segurança razoável), a concentração de DBOs particulada efluente será de aproximadamente: DBOs part = 0,175 mgDBOs/mgSS x 100 mgSS/l DBOs part = 17,5 mgDBOs/l  DBO total efluente DBO total = DBO solúvel + DBO part DBO total = 27mg/l + 17,5 mg/l DBO total = 44,5 mg/l  A eficiência do sistema na remoção da DBO é: E = ((S0 – S) ÷ S0) x 100 E = ((175 mg/l – 44,5 mg/l) ÷ 175) x 100 E = 74%
  14. 14. 14  Volume requerido V = t x Q V = 8 dias x 1728 m³/dia V = 13824 m³  Área requerida Adotando-se uma profundidade de 4 m. A = V ÷ H A = 13824 m³ ÷ 4 m A = 3456 m² = 0,35 ha. Adotar uma lagoa com dimensões no fundo de 50m x 70m e dimensões na superfície de 59m x 79m com inclinação de talude de 45°.  Requisitos de oxigênio Adotando a = 1,0 kg.O2/KgDBOs RO = a x Q x (S0 - S) RO = 1,0 x 1728 m³/dia x (175 mg/l - 45 mg/l) RO = 225 kg.O2/dia = 9,36 kg.O2/h  Requisitos de energia Adotar aeradores flutuantes, de alta rotação. A eficiência de oxigenação, nas condições padrão, é da ordem de: EO = 1,8 kg.O2/kWh A eficiência de oxigenação no campo pode ser adotada como em torno de 60% da EO padrão. EOcampo = 0,70 x 1,8 kg.O2/kWh EOcampo = 1,3 kg.O2/kWh
  15. 15. 15 A potência requerida é: Pot = RO ÷ EOcampo Pot = 9,36 kg.O2/h ÷ 1,3 kg.O2/kWh Pot = 7,2 kW = 10 cv  Aeradores Adotar 1 aerador comercial de 10 cv de potência. Figura 1: Modelo de aerador  Dimensões da Lagoa Adotar uma lagoa de 79 m de comprimento por 59 m de largura. Parte sem aeração 59 metros 79 metros  Verificação da densidade de potência A densidade de potência média em toda a lagoa é:
  16. 16. 16 ϕ = Pot ÷ V ϕ = 7200 W ÷ 13824 m³ ϕ = 0,61 w/m³ Esta densidade de potência manterá baixa quantidade de sólidos em suspensão. O que é desejável na lagoa facultativa aerada.  Acúmulo de lodo Acumulação anual Acanual = 0,05m³/hab.ano x 11300 hab Acanual = 565 m³/ano Espessura em 1 ano: Esp = (565 m³/ano x 1 ano) ÷ 3456 m² Esp = 0,16 m/ano = 16 cm/ ano Espessura de manutenção: Espm = H x 30% Espm = 4 m x 30% Espm = 1,12 m Tempo de manutenção: t = Espm ÷ Esp t = 1,12 m ÷ 0,16 m/ano t = 7 anos Após 7 anos de operação, haverá um acúmulo de lodo considerável, reduzindo a altura útil da lagoa em torno de 30%. Recomenda-se uma limpeza após esse período.  Área total requerida
  17. 17. 17 A área total requerida é de 0,45 ha. A área total requerida para todos os componentes da estação é aproximadamente 30% superior a este valor. Assim, a área total será de 0,59 ha. 4. MANUAL DE OPERAÇÃO Os despejos sanitários oriundos do empreendimento chegam ao canal de entrada da ETE por gravidade. A intervenção de operação manual na estrutura de entrada se restringe a limpeza diária dos sólidos grosseiros retidos na grade de barras, e periódicos, em função do volume acumulado, da areia retida na caixa de areia. Esses resíduos serão acumulados temporariamente em recipientes adequados para destino final a ser dado, periodicamente, em aterro sanitário.  Características do Efluente Tratado De acordo com a descrição apresentada e com a Memória de Cálculo da ETE, os efluentes finais, antes de serem lançados no corpo receptor, deverão ser amostrados, analisados e controlados, mediante Supervisão de Operação qualificada, devendo apresentar características físico-químicas e bacteriológicas compatíveis coma legislação vigente, especialmente a Resolução n. 20 de 18 de Junho de 1986, do CONAMA, Conselho Nacional do Meio Ambiente. 5. MANUAL DE MANUTENÇÃO Gradeamento  Fazer a retirada dos sólidos grosseiros diariamente;
  18. 18. 18  Dispor o material retirado em recipientes adequados com recobrimento para posteriormente serem despejados em aterro sanitário. Desarenador  Fazer a retirada da areia depositada no fundo quando atingir 15cm de areia no fundo do desarenador.  Dispor a areia retirada em aterro sanitário. Medidor de vazão Thompson  Fazer as medições de vazão diariamente.  Não há operação na estrutura física do medidor. Lagoa Anaeróbia  Conferir, periodicamente, as condições estruturais da lagoa, minimizando a possibilidade de ocorrência de erosão dos taludes e de infiltração no solo, observando-se a variação do nível da lâmina d’água;  Evitar os entupimentos nos dispositivos de entrada, para garantir a distribuição uniforme do esgoto na lagoa;  Promover a retirada de materiais grosseiros que, eventualmente, possam passar pelo tratamento preliminar;  Conservar limpos os dispositivos de saída;  Conservar as margens da lagoa sem qualquer tipo de vegetação, para evitar a proliferação de insetos;  Fazer a remoção do lodo acumulado no fundo da lagoa a cada 9 anos. Lagoa Aerada Facultativa  Seguir as mesmas recomendações de operação da lagoa anaeróbia.
  19. 19. 19  Retirar todo o material sobrenadante (escumas, óleos, graxas, lodo e folhas) usando peneiras ou jatos d’água. O material removido deve ser destinado a aterro sanitário;  Conferir periodicamente a posição dos aeradores;  Executar frequentemente a manutenção dos equipamentos;  Monitorar o Oxigênio Dissolvido para estabelecer a disposição mais adequada dos aeradores.  Fazer a remoção do lodo acumulado no fundo da lagoa a cada 7 anos. 6. ANEXOS (PLANTAS)

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