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Lodos Ativados
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INDÚSTRIA DE CELULOSE E PAPEL: Uma empresa voltada a produção de celulose e papel efetuou um levantamento das características dos efluentes produzidos:
Vazão a tratar: 112,320 m3/dia (29.68 mgd)
DBO5in = 368 mg/L
TKN = 11 mg/L
IMPORTANTE: Somente para ilustrar o processo esta apresentação é delineada num contexto de aplicação bem simplificado, no que se refere a condições de tratabilidade, cálculos finais, critérios de desenho/pauta diretriz, e que estará sintetizado pelas especificações das firmas consultoras que intervém.
ESQUEMA PRELIMINAR:
A firma consultora propôs a utilizaçao de 2 tanques de 170m x 85m cada um, com uma profundidade do redor dos 5 metros. O sistema de tratamento proposto é o de lodos ativados e deve-se selecionar um sistema de aeraçao mecânica para integrar a estaçao para tratamento de efluentes (E.T.E.) Deseja-se dar dimensao a instalaçao para poder processar/reduzir, "totalmente", o nível das duas magnitudes presentes.
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:
lbsBOD5/day = mgd's * BOD5 * 8.33 = 14.8 mgd * 8.33 * 368 mg/L = ca. 45368 lbBOD/día = 20,579 kg/dia
e correspondente a nitrificaçao:
lbsTKN/day = mgd's * TKN * 8.33 = 14.8 mgd * 8.33 * 11 mg/L = 1356 lbTKN/dia = 615 kg/dia TKN
Podemos utilizar agora as seguintes "sugestoes simplificadas" de desenho:
2.0 lbs O2 por lb BOD5 a processar (BODu = BOD ultimate = 2.0 * BOD5)
4.6 lbs O2 por lb TKN a processar ->
Somando entao o oxigênio necessário para ambos processos:
AOR = 45368 * 2.0 + 1356 * 4.6 = 96974 lbO2/día = 43987 kgO2/dia = ca. 4041 lbO2/hr
No caso dos aeradores mecânicos, utilizando para o desenho AOR/SOR = 0.7 teremos:
AOR / SOR = 0.7 ->
SOR = AOR / 0.7 = 4041 / .7= ca. 5773 lbO2/hr
Se fossem aeradores de e.g. 2.5 lbO2/h per HP:
5773 / ( 2.5 lbO2/h per HP) = aprox. 2310 HP por tren
Sendo un processo de lodo ativado, com requerimentos de densidade de potência ca. 100 HP per mg resulta:
HP mixing = 19.089 mg * 100 HP/mg = c. 1908.9 HP mistura completa
No caso de aeraçao através de difusores, 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 contextos de operaçao levemente diferente e que apresentamos a seguir:
SOR = AOR / 0.37 = 4041 / .37 = 10922 lbO2/h = 182 lbO2/min
CFM = 182 / ( 5m*3.28*1.7% * .0715 * .21 / 100) = 43480 CFM
Levando em conta o de-rating por causa do biofouling, logo
* 1.3 = 56524 CFM -> aprox. 37690 discos 1.5 CFM cada
BHP = 56524 * 8.5 psig * .006 = 2882 HP por tren
LEMBRE SEMPRE o Dr. Jack Musterman:
"Fouling of medium- and fine-bubble diffusers is a chronic problem that causes a decrease in AOTR at the expense of higher operating pressures and power costs... Owners, operators, and suppliers of oxygenation systems should expect that AOTR performance and acceptance tests will be conducted after a reasonable period of in-situ service (e.g. 6 to 12 months) rather than for the "as-new" condition. The adverse effects of fouling on medium to fine bubble diffusers dictate that coarse bubble type and mechanical oxygenation alternatives be evaluated in terms of their maintenance requirements, reliability and life-cycle costs."
F/M (food-to-mass ratio)
Sendo V o volume total de tanques:
V =2 * 170m* 85m * 5m = 144500 m3 =144500*10^3/( 3.785*10^6) megagalao =38.2 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 = 3000 mg/L nos tanques, entao
29.68 * 368 * 8.33 29.68 * 368
F/M = ------------------- = ------------- = 0.095 (aeraçao prolongada)
3000 * 38.2 * 8.33 3000 * 38.2
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 (aeraçao prolongada)
h.r.t. (horas) = 24 * volume total dos tanques /vazäo = 24 * 38.2 mg / 29.68 mgd = ca. 30.8 horas
29.68*368 mg/L*8.33 90967 lbsBOD/dia
cov= --------------------- = ------------------ = 17.8 lbsBODdia p1000cu.ft.
144500 m3*35.3145cu.ft. ca. 5103 * 1000 cu.ft.
