Vazao a tratar: 1.43 mgd

BOD5: 300 mg/L

TKN: 70 mg/L

A firma consultora propôs a utilizaçao de 4 tanques de 25m x 14.2m cada um, com uma profundidade do redor dos 5 metros. Deseja-se dar dimensao a instalaçao para poder processar/reduzir, totalmente, o nível das duas magnitudes presentes.

IMPORTANTE: Somente para ilustrar o processo de seleçao de difusores tubulares, esta apresentaçao, foi delineada num contexto de aplicaçao bem simplificado, no que se refere a condiçoes de tratabilidade, cálculos finais, critérios de desenhos/diretrizes, e que estará sintetizado pelas especificaçoes das firmas consultoras que intervém.

ESQUEMA PRATICO: Para confrontar os resultados que se vao obtendo com tabelas existentes na literatura clássica da especializaçao, serao utilizadas inglesas.

Para estimar a necessidade do oxigênio devemos primeiro calcular as libras diárias a eliminar de cada uma das magnitudes utilizando fórmulas clássicas. Teremos, entao, para o BOD5:

mgd's * BOD5 * 8.33 = 1.43 * 300 mg/L * 8.33 = 3574 lbs BOD/dia

e correspondente a nitrificaçao:

mgd's * TKN * 8.33 = 1.43 * 70 mg/L * 8.33 = 834 lbs TKN/dia

Podemos utilizar agora as seguintes "sugestoes simplificadas" de desenho:

1.6 lbs O2 por lb BOD5 a processar

4.6 lbs O2 por lb TKN a processar ->

Somando entao o oxigênio necessário para ambos processos:

3574 * 1.6 + 834 * 4.6 = 5719 + 3837 = 9556 lbs O2/dia =9556 /24 = 399 lbs O2/hora = 6.637 lbs O2/minuto

Nos resta ter uma idéia da quantidade de ar que precisamos para seguir adiante nosso desenho. Repetiremos cálculos similares aos expostos em Metcalf (p.525) para dois contextos de operaçaoes levemente diferentes e que apresentamos a seguir:

conteúdo de oxigênio no ar 23.2 % 23.2 %

eficiência de transferência 8 % 12.65 %

densidade do ar 0.075 lb./cu.ft. 0.075 lb./cu.ft.

Utilizando equipamento contemporâneo do famoso texto acadêmico:

CFM's = 6.637 / ( 0.08 * 0.075 * .232 ) = 4768 CFM = 4768 * 60 / 35.3145 = 8100 m3/h

Utilizando equipamento um pouco mais sofisticado:

CFM's = 6.637 / ( 0.1265 * 0.075 * .232 ) = 3016 CFM = 3016 * 60 / 35.3145 = 5123 m3/h

Relembremos que devemos considerar a norma da EPA (0.12 cfm/sq.ft.) quanto a mixing, i.e. manter em suspensao as partículas nos tanques e evitar que se depositem ali. 

Ao ser quatro tanques:

4 * 25 * 14.2 = 1420 m2 = 1420 m2 * 10.76 = 15280 sq.ft.->

15280 sq.ft. * 0.12 cfm/sq.ft. = 1834 CFM = 1834 * 60 / 35.3145 = 3116 m3/h

De todas as formas, prima o valor do caudal do ar dado pela solicitude de oxigênio. No entanto já vemos claramente agora e ainda apesar de todas as simplificaçoes voluntárias e involuntárias que fizemos para dilatar o inexorável, começam aparecer ças nas propostas bastante difíceis de conciliar entre si. Se ainda a esta pequena falta de conexao, introduzimos variantes de desenho construtivo (e.g. mecânico) do difusor em relaçao a manter eficiência de transferência no transcurso do tempo, a elaboraçao da síntese comparativa das diversas ofertas pode voltar-se imanejável.

Calculemos em ambos casos as potências dos sopradores (blowers) nas duas instalaçoes. Sendo que a profundidade dos tanques será por volta dos 5 m (5m * 3.28 = 16.4') podemos pensar que os difusores atuem a uma profundidade de 15'. Logo, com relaçao a dimensao dos motores teremos:

15' = 15 * 2.9861 kPa = 15 * 2.9861 / 6.8948 psi = 6.5 psi

4' = 4 * 2.9861 kPa = 4 * 2.9861 / 6.8948 psi = 1.8 psi

Totalizando 6.5 + 1.8 = 8.3 psi ("pressure loss")

Utilizando para o desenho 8.5 - 8.6 psi podemos chegar ao estimatório:

4768 CFM * 8.5 psi

bhp = ----------------------- = ca. 290 hp (BOD + nitrificaçao)

           20 CFM/hp * 7 psi

3016 CFM * 8.5 psi

bhp = ---------------------- = ca. 184 hp (BOD + nitrificaçao)

          20 CFM/hp * 7 psi

Ainda que todos estejamos dizendo a verdade, como qüociente ou como diferença, 100 hp sao difíceis de dissimular. Como exercício final, reiteraremos a lógica de cálculo supondo que o edital somente indicasse o processado do BOD5.

Utilizando a indicaçao mencionada acima:

1.6 lbs O2 por lb BOD5 a processar ->

O oxigênio necessário:

3574 * 1.6 = 5719 = 5719 lbs O2/dia = 5719 /24 = 239 lbs O2/hora = 3.972 lbs O2/minuto

Num caso (eficiência de transferência 8%):

CFM's = 3.972 / ( 0.08 * 0.075 * .232 ) = 2854 CFM = 2854 * 60 / 35.3145 = 4848 m3/h

Em outro caso (eficiência de transferência 12.65%):

CFM's = 3.972 / ( 0.1265 * 0.075 * .232 ) = 1805 CFM = 1805 * 60 / 35.3145 = 3066 m3/h

Mantendo todas as outras condiçoes, segue que:

2854 CFM * 8.5 psi

bhp = ----------------------- = ca. 174 hp (somente o BOD)

          20 CFM/hp * 7 psi

1805 CFM * 8.5 psi

bhp = ----------------------- = ca. 110 hp ( somente o BOD)

          20 CFM/hp * 7 psi

nota: Comparando com os valores calculados na parte anterior, temos as seguintes proporçoes:

174 hp / 290 hp = ca. 60 %

110 hp / 184 hp = ca. 60 %

Sendo V o volume total de tanques:

V = 4 * 25 * 14.2 = 1420 m2 * 5 = 7100 m3 =7:100000 l = 7:100000 / 3.785 galao = 1:875826 galao = 1.876 mg

mgd's * BOD5 * 8.33    mgd's * BOD5

F/M = ---------------------- = ---------------

       design MLSS * V * 8.33    design MLSS * V

Utilizando um valor de desenho nominal MLSS = 3500 mg/L nos tanques, entao

      1.43 * 300 * 8.33     1.43 * 300

F/M = ------------------- = ------------- = 0.065

      3500 * 1.876* 8.33    3500 * 1.876

Uma classificaçao (Hammer.413) de processos sugere as seguintes cotas:

"high rate" 0.5 < f/m < 1

"conventional" 0.2 < f/m < 0.5

"extended" 0.05 < f/m < 0.2

h.r.t. (horas) = 24 * volume total dos tanques /vazäo = 24 * 1.876 mg / 1.43 mgd = ca. 32 horas

Carga Orgânica Volumétrica (lbsBOD dia per 1000 cu.ft.)

1.43*300 mg/L*8.33 3574 lbsBOD/dia

cov= ------------------ = --------------- = 14 lbsBODdia p1000cu.ft.

7100m3*35.3145cu.ft. ca. 251 * 1000 cu.ft.

Calculamos que precisaríamos ao redor do 3016 CFM para conseguir eliminar nosso problema. Nao fizemos nenhuma afirmaçao sobre as margens de seguridade. É freqüente utilizar fatores de seguridade entre 1.3 e 1.5 (C.W. Randall). Deixemos isto nas maos do especialista moderador e continuemos o desenvolvimento paraseleçao dos difusores. A lógica que segue pode nao ser aplicável a outro tipo de difusor.

Sem elaborar as razoes possíveis, suponhamos que a firma construtora inesperadamente construiu 4 tanques de 50m x 7.1m em lugar dos originais 4 tanques de 25m x 14.2m propostos, embora com a profundidade próxima dos 5m. Apesar do ocorrido, os desenvolvimentos numéricos preliminares seguem válidos e poderemos pensar em terminar os cálculos de nosso projeto antes de que sejam introduzidos mais erros., voltando as unidades "inglesas":

50m = 50 * 3.28 = 164'

7.1m = 7.1 * 3.28 = 23.3'

Para a determinaçao da quantidade de difusores (em metros de tubo difusor) a utilizar deveremos contrapôr:

a. pautas de utilizaçao, i.e. caudal do ar por metro lineal de difusor tubular, versus.

b. a geometria disponível.

a.Temos 4 tanques, logo cada tanque deverá receber 3016/4= ca. 754 CFMs

Utilizando 8 CFM por metro de difusor tubular teremos:

754 / 8 = ca. 95 metros de difusor tubular por tanque

ao serem quatro tanques:

95 * 4 = 380 m de tubo

Ou bem 380 difusores de 1-m

Se utilizamos difusores assemblies (duplex assembly tem dois difusores tubulares, de 1-m cada um)precisaríamos entao 190 duplex assemblies.

b. Cada tanque digamos que tenha dois dutos laterais (164' de comprimento cada um), entao o comprimento dos dutos laterais é 2 * 164' = 328'

Colocando os duplex assemblies aproximadamente 5' (ca. 1.5m) entre si:

328 / 5 = ca. 66 assemblies.

Se cada assembly tem dois metros de tubo -> precisaremos

66 * 2 = 132 tubos de 1-m por tanque

Sendo quatro tanques, entao teremos:

132 * 4 = 528 tubos de 1-m,

ou, utilizando o linguagem dos duplex, 264 duplex assemblies.

Confrontando os resultados de ambas partes a. e b.

190 duplex vs. 264 duplex -> tomando o maior valor para cumprir/satisfazer com as duas condiçoes ->

Seleçao final: 264 duplex assemblies espaciados 5' (ca. 1.50m), cada metro de difusor tubular estará operando a:

3016 CFM / 528 m = 5.7 CFM = ca. 6 CFM per tubo 1-m.

O diagrama esquemático A-8128, incluido como ilustraçao final, mostra uma configuraçao alternativa para neste mesmo projeto, que acomoda, todo o sistema de aeraçao em somente três tanques de 25m x 14.2m.

Verificaçao: 3 tanques * 88 assemblies * 2m = 528 m de tubo difusor.

O conhecimento total das técnicas é absolutamente essencial para o projeto correto. Com relaçao a isso, é necessário/aconselhável consultar literatura técnica. Na prática, compete ao projetista selecionar o mais adequado método no caso dado, e ele deve trabalhar em estreita cooperaçao com os vários eventuais fornecedores de equipamento. Além das generosas recomendaçoes editoriais da Dra. Marilda Rodrígues, a confecçao deste guia introdutor conseguiu-se em grande forma devido a contribuiçao técnica do Engenheiro Charles Tharp, da Environmental Dynamics Inc., Missouri, e a autorizaçao da Companhia Técnico Industrial S.A. ao permitir utilizar e compartilhar informaçao relevante de um projeto municipal concreto.

O responsável da área deve consultar as inumeráveis publicaçoes especializadas e monografias específicas tanto no referente ao tipo de indústria, e.g. láctea, frigorífica, como tipo de processo de tratamento selecionado: convencional, intensivo, extenso. Estas notas foram preparadas simplesmente como um guia de orientaçao na tarefa de facilitar o dimensionamento de um desenho preliminar perante a uma situaçao concreta, neste caso municipal. É importante o acesso a manuais de engenharia das companhias fornecedoras.

Foi objeto desta exposiçao simplesmente delinear uma lógica de seleçao para uma aplicaçao popular, deve-se remarcar o fundamental papel diretor do consultor, particularmente para as aplicaçoes industriais, como determinante final do êxito da instalaçao.

1. Wastewater Engineering, (3rd ed.), Metcalf & Eddy, McGraw-Hill, 1991.

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6. The NALCO Water Handbook,(2nd ed.), Kemmer, Frank (ed.) McGraw-Hill, 1988.

7.Environmental Systems and Engineering,Carberry, J.B., Saunders Publishing, 1990.

8a. Random Packing and Packed Towers, Strigle, R.E., Gulf Publishing Co., 1988.

8b. Packed Tower Design and Applications, 2nd. ed. Strigle, R.E., Gulf Publishing Co., 1994.

9. Design of Municipal Wastewater Plants, WEF (2 vol.), 1991.

10. Water and Waste Treatment Data Book,U.S. Filter/Permutit, 18th printing, 1993.

11. Anaerobic Digestion 1988, Proceedings of the 5th International Symposium on Anaerobic Digestion, Bologna, Italy, 1988

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