Aulas de Tratamento de Águas Residuárias e Tratamento de Efluentes. Aulas não revisadas. Vários autores.

1. TRATAMENTO DE ÁGUAS RESIDUÁRIAS Dimensionar a etapa de lodos ativados,
atuando como pós tratamento do efluente
de um reator UASB. Determinar o volume
do reator, o consumo de oxigênio, a
potencia dos aeradores e a produção e
remoção do lodo excedente. - VON SPERLING,
M.:
“Lodos
Ativados”
–
Desa/UFMG/GTZ/CNPq/ABES, 1996.
Volume
4
–
Dados de entrada:
· População: 67.000 hab
· Vazão média afluente (incluindo infiltração): Q =
9.820 m3/d
· Cargas no esgoto bruto:
· · DBO: 3.350 kg/d
· SS: 3.720 kg/d
· NTK: 496 kg/d
· Concentrações no esgoto bruto:
· · DBO: 341 mg/L
· SS: 379 mg/L
· NTK: 51 mg/L
· Eficiências de remoção de DQO no reator UASB:
· DBO: 70%
· NTK: 10%
Passo 1 - Características do afluente à etapa de
lodos ativados (LA)
O afluente ao sistema de lodos ativados é o
efluente do reator UASB. Considerando-se as
eficiências de remoção fornecidas nos dados de
entrada, tem-se:
a) DBO
· Carga DBO afluente LA = Carga DBO esgoto bruto
x (1 – Eficiência)
· Concentração DBO afluente LA = Concentração
DBO esgoto bruto x (1 – Eficiência)
b) NTK
· Carga NTK afluente LA = Carga NTK esgoto bruto x
(1 – Eficiência)
· Concentração NTK afluente LA = Concentração
NTK esgoto bruto x (1 – Eficiência)
Passo 2 - Características estimadas para o efluente
final da ETE
Adotando-se, eficiências globais para sistema de
90% para DBO e 85% para NTK, tem se as seguintes
concentrações estimadas para efluente final:
a) DBO
Concentração efluente = Concentração
afluente esgoto bruto x (1 – Eficiência)
b) NTK
Concentração efluente = Concentração afluente
esgoto bruto x (1 – Eficiência)
Passo 3 - Dimensionamento do reator parâmetros
adotados no projeto (tabela)
 Idade do lodo Ѳ =8d
 Sólidos em suspensão voláteis no tanque de
aeração SSVTA = Xv = 1500 mg/L
 DBO solúvel efluente S = 10mg/l (adotado)
Coeficientes
 Coeficiente de produção celular Y =
0,6gSSV/gDBO
 Coeficiente de respiração endógena Kd
=0,08 gSSV/gSS.d
 Fração biodegradável dos SSV: fb = 0,7
KgSS/KgSSV
a) Cálculo do volume
Opção de cálculo 1 - Volume do reator
V = __Y . Ѳc . Q (DBOafl –S)___
Xv . (1 + fb . Kd . Ѳc)
Opção de cálculo 2 - volume do reator
O volume do reator pode ser também calculado
com base no conceito da relação A?M, que dispensa
o conhecimento dos coeficientes Y e Kd. Adotandose um valor de A/M igual a 0,35 kgDBO/kgSSVTA.d

2. V = __Q . DBO aflu___
Xv . (A/M)
Ambos os cálculos de volume foram apenas para se
ter uma visão da utilização de cada fórmula, com
seus respectivos coeficientes. No restante do
dimensionamento, utilizar-se o valor obtido
segundo cálculo da opção 1.
b) Adotando dois tanques, cada um terá o
volume de?
c)
Adotando-se uma profundidade de 3,5 m,
tem-se que a área superficial de cada tanque
será?
As = Vtanque / H
d) A relação comprimento/largura pode variar
com o arranjo no terreno e com a disposição
dos aeradores (caso seja aeração mecânica).
Para efeito deste exemplo, adotar: (L/B = 3)
Calcular L e B Utilizando a As.
e) Volume resultante?
Vr = Hu x L x B
f) O tempo de detenção hidráulica (Ѳh)
resultante no tanque de aeração é:
Ѳh = V / Q
g) A relação SSVTA/SSTA (= SSV/SS = Xv/X)
adotada no tanque de aeração é 0,75. A
concentração de SSTA (X) no tanque de
aeração é:
SSTA = SSVTA / (SSV/SS)
Passo 4 - Estimativa da produção e da remoção
de lodo excedente
Coeficiente de produção de lodo: 0,65 kgSS/kgDBO
aplicada ao tanque de aeração
a) A produção de lodo aeróbio excedente, a ser
dirigido ao reator UASB, é :
Px = Coef. Prod. de lodo x Carga de DBO aflu
LA
b) A produção per capita de SS aeróbio é:
PX per capita = Px / população
c) A distribuição do lodo excedente, em termos
de sólidos voláteis e sólidos fixos, é função
da relação SSV/SS (igual a 0,75 no presente
exemplo). Desta forma, a distribuição é:
· Sólidos totais: PX =
· Sólidos voláteis: PXV = (SSV/SS) x PX =
· Sólidos fixos: PXF = (1- SSV/SS) x PX =
d) A concentração do lodo aeróbio excedente é
a mesma do lodo de recirculação, já que o
lodo excedente é retirado da linha de
recirculação. Esta concentração é função da
concentração de SSTA e da razão de
recirculação R (= Qr/Q). No exemplo, SSTA =
2000 mg/L e R é adotado como 0,8 (ver
Tabela ). A concentração de SS no lodo
aeróbio excedente e no lodo de retorno(Xr)
é:
Xr = X.(1+R)/R
e) A vazão de lodo aeróbio excedente,
retornado ao reator UASB é:
vazão = PX / XR
Passo 5 - Cálculo do consumo de oxigênio e da
potência requerida para os aeradores
a) O consumo médio de O2 para a demanda
carbonácea (oxidação da DBO) adotado é de
1,0 kgO2/kgDBO aplicado (Tabela). O
consumo de O2 é:
Consumo médio O2 demanda carbonácea = Cons.
O2 Adotado x Carga de DBO aplicada
b) O consumo médio de O2 para a demanda
nitrogenada (oxidação da amônia) adotado é
de 4,6 kgO2/kg N disponível) (Tabela). A
carga de NTK disponível corresponde à carga
aplicada menos a carga de N incorporada ao
lodo excedente (10% da produção de SSV).
No presente exemplo, a carga de SSV
produzida foi calculada como 490 kgSSV/d. A
carga de N disponível é:
Carga N disponível = carga NTK aflu LA aplicada –
(490 x 0,1)
c) O consumo de O2 para a demanda
nitrogenada é:
Consumo médio O2 demanda nitrogenada =
Consumo médio de O2 para demanda nitrogenada
x carga N disponível.
d) O consumo médio total é:

3. Consumo médio total de O2 =
carbonácea + Demanda nitrogenada
Demanda
Observa-se que, diferentemente do lodos ativados
convencional, neste caso o consumo de O2 é
dominado pela demanda nitrogenada (1826/2831 =
65% do total), uma vez que a maior parte da DBO
foi previamente removida no reator UASB.
e) O consumo de O2, para satisfazer à
demanda em condições de pico, é função da
relação entre o consumo máximo de O2 e o
consumo médio de O2. No presente
exemplo, considerando-se a presença do
reator UASB a montante, e o fato da estação
ser de porte médio, adotou-se 1,3 (relação
consumo Max/consumo méd) (Tabela ):
i) A potência total instalada
A potência total instalada = Potencia de cada
aerador x nº de aeradores
j) A potência instalada per capita
A potência instalada per capita = P total instalada
(W) / população
Uma avaliação do potencial de produção de energia
elétrica, a partir do biogás do reator anaeróbio,
mostra que é possível produzir mais que 5 W/hab.
Como este valor é bastante superior à potência
instalada per capita (2,63 W/hab), observa-se que o
sistema pode ser auto suficiente em termos
energéticos.
Consumo de O2 máximo = (Relação consumo
máximo/consumo médio) x Consumo médio
k) Potência consumida
Potência consumida = P requerida x 24h/d x 365
d/ano
Este consumo de O2 é o que ocorre no campo. O
valor do consumo em condições padrão (água
limpa, 20°C, nível do mar) deve ser maior, para que,
no campo, o valor reduzido seja igual à demanda. O
fator de correção padrão/campo adotado é de 1,6
(Tabela).
l) A densidade de potência média (dissipação
de energia), parâmetro que exprime a
capacidade de mistura dos aeradores, é
calculada como:
Densidade de potência = Potência requerida /
Volume reator =
f) O consumo de O2, expresso em condições
padrão, é:
Consumo de O2 em condições padrão = (Relação
padrão/campo) x Consumo O2 campo
Passo 6 - Dimensionamento do decantador
secundário
g) Adotando-se uma eficiência de oxigenação
padrão de 1,8 kgO2/kWh (Tabela ), tem-se a
seguinte potência necessária:
Potência requerida = Consumo O2 / Eficiência de
oxigenação
h) Como há 2 tanques de aeração, e a relação
comprimento/largura em cada um deles é
de 3, pode-se adotar 3 aeradores em cada
tanque, perfazendo um total de 6 aeradores.
A potência de cada aerador é:
Potência requerida para cada aerador = Potência
total / número aeradores =
Deve-se adotar um valor comercial para a potência
instalada, superior à requerida, para se ter
capacidade de oxigenação suficiente.
40CV cada aerador
Parâmetros de projeto adotados (Tabela):
· Taxa de escoamento superficial: qA = 30 m3/m2.d
· Taxa de aplicação de sólidos: TAS = 120 kgSS/m2.d
a) A área superficial requerida, segundo o
conceito da taxa de escoamento superficial
(qA adotada = 30 m3/m2.d), é:
Área = Q / qA
A área superficial requerida, segundo o conceito de
taxa de aplicação de sólidos, é função da carga de
sólidos afluente aos decantadores. Para o cálculo da
carga de sólidos, tem-se que a vazão de lodo de
retorno Qr = R x Q. (R = 0,8).
b) A vazão de lodo de retorno é, portanto:
Qr = R x Q
c) A concentração de SSTA, calculada , é 2.000
mg/L = 2.000 g/m3 = 2,0 kg/m3. Para a taxa
de aplicação de sólidos (TAS) de 120
kgSS/m2.d, tem-se:

4. Área = Carga de SS / TAS = (Q + Qr).SSTA / TAS
Adotar o maior valor entre os dois calculados (entre
a e c)
d) Adotando-se 2 decantadores, tem-se que a
área superficial de cada um é?
e) Adotando-se decantadores circulares, temse que o diâmetro de cada decantador é:
Diâmetro = (Área x 4 / π)1/2
Lodo anaeróbio:
· Sólidos totais: PX = coeficiente de produção de
lodo x carga de DBO no esgoto bruto
c) A quantidade total de lodo a ser retirado do
reator UASB (lodo anaeróbio + lodo
originalmente aeróbio) é:
Produção total de lodo = lodo anaeróbio + lodo
aeróbio
d) A produção per capita de lodo, expresso
como matéria seca, é:
f) Adotando-se profundidade H = 3,5 m, temse que o volume total dos decantadores é
de?
Vt = H x A
g) O tempo de detenção hidráulica nos
decantadores secundários é:
Ѳh = V/Q =
Passo 7 - Tratamento do lodo
Segundo o (passo 4/c) é a seguinte a carga de lodo
aeróbio, gerado no sistema de lodos ativados, e
retornado ao reator UASB:
· Sólidos totais: PX = 653 kgSS/d
· Sólidos voláteis: PXV = 490 kgSSV/d
· Sólidos fixos: PXF = 163 kgSSF/d
a) Supondo uma remoção de 35% dos SSV do
lodo aeróbio no reator UASB (Tabela valores
entre 25 e 45%), e sabendo-se que a carga
de sólidos fixos permanece inalterada, temse a seguinte carga de lodo aeróbio, retirado
do reator UASB:
Lodo aeróbio, digerido no reator UASB:
· Sólidos voláteis: PXVf = Pxv x (1- eficiência)
· Sólidos fixos: PXF = 163 kgSSF/d
· Sólidos totais: PX = Pxvf + Pxf
b) O lodo a ser retirado do reator UASB inclui
também o lodo anaeróbio, usualmente
produzido no mesmo. Supondo um
coeficiente de produção de lodo anaeróbio
de 0,30 kgSS/kgDBO aplicada ao reator UASB
(Tabela), tem-se a seguinte produção de
lodo anaeróbio:
Produção per capta = Produção total de lodo /
população
e) Assumindo-se teor de sólidos no lodo
retirado do UASB de 3,0 %(Tabela), que
equivale a aproximadamente 30.000 mgSS/L
ou 30 kgSS/m3, tem-se a seguinte vazão de
lodo retirado do UASB, e a ser dirigido para
o tratamento do lodo:
Qex UASB = carga / concentração
O lodo retirado do reator UASB já sai digerido e
normalmente adensado, requerendo apenas uma
etapa de desidratação. Assumindo-se, por
simplicidade, uma eficiência de captura de sólidos
de 100% na desidratação, e uma densidade de 1,0
(1.000 kg/m3) para o lodo desidratado, e adotandose um teor de sólidos de 25% (aproximadamente
250.000 mgSS/L = 250.000 gSS/m3 = 250 kgSS/m3)
para o lodo desidratado (desidratação mecânica ver Tabela), tem-se as seguintes características do
lodo a ser encaminhado para a disposição final
Lodo a ser disposto (torta):
f) Carga de sólidos = (igual à carga afluente à
desidratação ou produção total de lodo)
g) Volume diário = carga / concentração
h) A produção per capita de lodo a ser disposto
é:
Carga per capita de SS = Carga de sólidos /
população
i) Volume per capita de lodo = Volume diário
/ população

5. Passo 1
a) 1005kgDBO/d
102mgDBO/d
b) 446kgNTK/d
46mgNTK/l
Gabarito
Passo 6
Passo 7
a)
b)
c)
d)
e)
f)
g)
a)
b)
c)
d)
e)
f)
g)
h)
i)
Passo 2
Passo 3
Passo 4
Passo 5
a) 34mgDBO/l
b) 8mgNTK/l
a) 1997m3
1908m3
b) 999m3
c) 285m2
d) L =29,2 e B =9,8
e) 2003m3
f) 4,8h
g) 2000mg/l
a) 653KgSS/d
b) 10gSS/hab.d
c) 653KgSS/d
490KgSSV/d
163KgSSF/d
d) 4,5 KgSS/m3
e) 145m3/d
a) 1005KgO2/d
b) 397KgN/d
c) 1826Ko2/d
d) 2831kgO2/d
e) 3680Kg02/d
f) 245KgO2/h
g) 136Kw ou 185CV
h) 31CV
i) 240CV ou 176KW
j) 2,63W/hab
k) 1191.360KWh/ano
l) 68W/m3
327m2
7856m3/d
295m2
164m2
14,5m
1145m3
2,9h
319KgSSV/d
482KgSS/d
1005KgSS/d
1487KgSS/d
22gSS/hab.d
50m3/d
1487KgSS/d
5,9m3/d
22gss/hab.d
0,10l lodo/hab.d