Sistema Lamas Activadas. Dimensionamento

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL E ARQUITECTURA
INSTALAÇÕES DE TRATAMENTO
Castelo Branco
Lisboa, Junho de 2008
Ana Ambrósio de Sousa

DIMENSIONAMENTO DUM SISTEMA DE LAMAS ACTIVADAS
A – DADOS DE BASE
Caudal = 0,25 m 3 /s
CBO a = 250 mg/L
CBO e = 20 mg/L
T = 20 ºC
Admitem-se os seguintes pressupostos:
(a) a concentração dos SSV do afluente ao reactor é desprezável;
(b) a razão MLVSS/MLSS = 0,80;
(c) a concentração de sólidos na recirculação é de 10 000 mg/L;
(d) a concentração de sólidos no reactor é de MLVSS = 3 500 mg/L;
(e) a idade das lamas, θ c = 10 dias;
(f) o efluente contém 22 mg/L de sólidos biológicos, dos quais 65% são biodegradáveis;
(g) CBO 5 = 0,68 x CBO u;
(MISTURA COMPLETA)
(h) as águas residuais têm as concentrações adequadas de azoto e fósforo para o
crescimento biológico;
(i) os parâmetros cinéticos do crescimento biológico, Y = 0,50 e k d = 0,06 d -1 .
PSIT [2]

DIMENSIONAMENTO DUM SISTEMA DE LAMAS ACTIVADAS
B – DIMENSIONAMENTO DO SISTEMA
1 - Cálculo do CBO 5 solúvel no efluente
CBO 5 efluente = CBO 5 afluente não tratado + CBO 5 dos SS do efluente
a) CBO 5 dos SS do efluente
a.1) parte biodegradável dos sólidos biológicos do efluente
0,65 x 22 mg/L = 14,3 mg/L
a.2) CBO u da parte biodegradável dos sólidos biológicos do efluente
0,65 x 22 mg célula/L x 1,42 mg O 2 consumido/mg célula oxidada = 20,3 mg/L
a.3) CBO 5 dos SS efluente = 20,3 mg/L x 0,68 = 13,8 mg/L
b) CBO 5 afluente não tratado (S)
CBO e = S + CBO 5 dos SS efluente
20 mg/L = S + 13,8 mg/L
S = 6,2 mg/L
(MISTURA COMPLETA)
PSIT [3]

DIMENSIONAMENTO DUM SISTEMA DE LAMAS ACTIVADAS
2 - Cálculo da eficiência
So
- S
E = x 100
So
a) com base no CBO 5 solúvel
250 - 6,2
E = x 100
250
= 97,5%
b) a eficiência global do sistema
Eglobal
250 - 20
= x 100
250
=
92%
(MISTURA COMPLETA)
PSIT [4]

DIMENSIONAMENTO DUM SISTEMA DE LAMAS ACTIVADAS
3 - Cálculo do volume do reactor
θc
Y ( So
- S)
X =
θ (1+
kd
θc)
VR
θ =
Q
(MISTURA COMPLETA)
a) substituindo θ em X, e resolvendo a equação para V R
V
R
θc
Q Y ( So
- S)
=
X (1+
kd
θc)
b) a eficiência global do sistema
3
(10d) x (0,25 x 86 400 /dia) x 0,50[(250 - 6,2) mg/L]
=
m
-
(3 500 mg/L) (1+
0,06 d x 10 d)
VR 1
≅
3
4 700 m
PSIT [5]

DIMENSIONAMENTO DUM SISTEMA DE LAMAS ACTIVADAS
(MISTURA COMPLETA)
4 - Quantidade de lamas produzidas em excesso por dia
a) Cálculo do Y real
Y
real
Y
=
1+
kd
θ
= 0,31g
(1+
0,5
0,06 x 10)
b) Quantidade de lamas produzidas
P
x
= Y
Real
c
Q ( S
= (0,31kg
=
células/g CBO removido
o
- S) x 10
-3
células/kg CBO removido) x (0,25 x 86 400 m
3 -
x (250 - 6,2) (g/ m ) x 10
=
1632
kg SSV/d
3
3
/d) x
PSIT [6]

DIMENSIONAMENTO DUM SISTEMA DE LAMAS ACTIVADAS
(MISTURA COMPLETA)
c) Cálculo do aumento da massa total de MLSS
1632
Px (SS) =
0,8
= 2 040 kg SS/d
d) Quantidade de lamas em excesso
Lamas em
excesso
=
Aumento
de MLSS
= 2 040 kg SS/d - (22 g/ m
= 2 040 - 475 ≅
1565
kg SS/d
–
SS no efluente
3
x 0,25 m
3
/s x 86 400)
PSIT [7]

DIMENSIONAMENTO DUM SISTEMA DE LAMAS ACTIVADAS
(MISTURA COMPLETA)
e) Caudal de lamas em excesso, admitindo que a purga é feita a partir do reactor
θ
c
=
Q
d =
Q
w
VR
X
X + Q
e
X
e
3
3
4 700 m x 3 500 g/ m
3
3
x 3 500 g/ m + (0,25 m /s x 86 400 x 22 g/ m
10 3
10
Q
w
=
3
w
16 450 000
500 Q + 380 160
w
16 450 000 - 3 801600
=
= 361m
35 000
3
/d
x 0,8)
PSIT [8]

DIMENSIONAMENTO DUM SISTEMA DE LAMAS ACTIVADAS
f) Razão de recirculação
Q
R
(MISTURA COMPLETA)
Q Xo
+ QR
XR
= Qw
X + (Q + QR)
X
Admitindo-se que:
Xo = 0 mg/L
Q w é desprezável face ao Q (≅ 1,6%)
X
R
= (Q
10 000 x 0,8 Q
Q
R
Q
Q
R
R
= 16
= 78
+ Q
R
) X
= (21600
800 m
%
3
/d
+ Q
R
) x 3 500
PSIT [9]

DIMENSIONAMENTO DUM SISTEMA DE LAMAS ACTIVADAS
5 - Cálculo do tempo de retenção hidráulico
VR
θ =
Q
4 700
=
21600
= 5,2 h
6 - Cálculo das necessidades de oxigénio
(MISTURA COMPLETA)
a) quantidade de CBO u removido no processo
3
Q (S - So)
21600
m /d (250 - 6,2) g/
=
m
0,68
0,68
= 7 744 kg CBOu
/d
b) quantidade de oxigénio
kg O
2
/d = 7 744 kg CBO
= 5 426 kg O
2
µ
/d
/d
- 1,42 x 1632
3
kg SSV/d
PSIT [10]

DIMENSIONAMENTO DUM SISTEMA DE LAMAS ACTIVADAS
7 - Cálculo da potência dos arejadores
8 - Verificações
cia de O
= 150
(MISTURA COMPLETA)
transferên 2 ≅
2
0,9 a 2,2 kg O
5 426 kg O2
/d
potência total =
24 h/d x 1,5 kg O2
/kW.h
Potência agitação
kW
150 3
000 W
3 = 32 W/ m > 25 W/
3
m
4 700 m
Relação F/M
F
M
So
250 mg/L
= =
= 0,33 d
θ X (0,22 d) x (3 500 mg/L)
(0,2 - 0,6 d
-1
)
/kW.h
-1
PSIT [11]

Simbologia:
CBO a
CBO e
Q
SS
SSV
MLVSS
MLSS
S
DIMENSIONAMENTO DUM SISTEMA DE LAMAS ACTIVADAS
Carga volúmica
kg CBO
3
m .d
-
-
-
-
-
-
-
-
5
So
Q 250 g/
= =
m
VR
= 1,15
(MISTURA COMPLETA)
3
x 21600
m
3
4 700 m
(0,8 - 1,92
CBO 5 afluente ao sistema (S o ), mg/L
CBO 5 efluente do sistemas, mg/L
Caudal afluente ao sistema, m 3 /dia
Sólidos suspensos, mg/L
Sólidos suspensos voláteis, mg/L
Sólidos suspensos no reactor, mg/L
CBO 5 afluente não tratado, mg/L
3
/d x 10
kg CBO
Sólidos suspensos voláteis no reactor, mg/L
5
-3
/ m
3
.d)
PSIT [12]

DIMENSIONAMENTO DUM SISTEMA DE LAMAS ACTIVADAS
Simbologia (continuação):
E
E global
X
θ c
θ
Y
k d
V R
Y real
P x
Q w
Q e
X e
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
Volume do reactor, m 3
Caudal de lamas em excesso, m 3 /dia
Caudal do efluente tratado, m 3 /dia
(MISTURA COMPLETA)
Eficiência do sistema com base no CBO 5 solúvel, %
Eficiência global do sistema, %
Concentração de SSV no reactor R, mg/L
Idade das lamas (tempo médio de retenção das células, SSV, no reactor), dia
Tempo de retenção hidráulico no reactor, dia
Coeficiente de crescimento de células, g células produzidas por g de matéria
orgânica removida
Coeficiente de decaimento endógeno, dia -1
Coeficiente de crescimento de células real num sistema com recirculação
Quantidade de lamas produzidas diariamente, kg SSV/d
Concentração de SSV no efluente, mg/L
PSIT [13]

DIMENSIONAMENTO DUM SISTEMA DE LAMAS ACTIVADAS
(MISTURA COMPLETA)
Typical values of alpha factors for low-speed surface aerators
and selected wastewater types
PSIT [14]

DIMENSIONAMENTO DUM SISTEMA DE LAMAS ACTIVADAS
(MISTURA COMPLETA)
Typical aeration tank dimensions for mechanical surface aerators
PSIT [15]

DIMENSIONAMENTO DUM SISTEMA DE LAMAS ACTIVADAS
(MISTURA COMPLETA)
Typical design information for secondary clarifiers for the activated sludge process
PSIT [16]

DIMENSIONAMENTO DUM SISTEMA DE LAMAS ACTIVADAS
(MISTURA COMPLETA)
Typical design parameters for commonly used activated sludge process
PSIT [17]