Dimensionamento de lodos ativados como pós tratamento de uasb

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

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Dimensionamento de lodos ativados como pós tratamento de uasb

  1. 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. 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. 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. 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. 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

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