SANEAMENTO AMBIENTAL II CURSO DE ENGENHARIA CIVIL DIMENSIONAMENTO DE SISTEMA INDIVIDUAL COM TANQUE SPTICO E COMPLEMENTARES PROFESSOR DANIEL COSTA DOS SANTOS DHS/UFPR 2017

1 ENUNCIADO

No Municpio Vale Verde h previso de construo de um conjunto habitacional que

estar localizado em uma regio desprovida de sistema pblico e centralizado de

esgotamento sanitrio. Desta forma, para este conjunto habitacional deve ser concebido

um sistema descentralizado de esgotamento sanitrio o qual composto por rede coletora,

tanque sptico com tratamento complementar e, por fim, de disposio final adequada.

Portanto, conceber e dimensionar alternativas de sistemas compostos por tanque sptico

seguido de tratamentos complementares para, posteriormente, propor e representar

graficamente o sistema considerado mais adequado.

2 DADOS

Considerar:

- 05 pessoas por residncia na rea a ser atendida; - 40 residncias a serem atendidas; - Contribuio Per Capita de Esgoto (C): apesar da NBR 7229 apresentar este valor,

conforme Tabela 01 da mesma, utilizar nesta aplicao seus prprios valores de qe e

CR para definir a contribuio per capita de esgoto.

- DBO do esgoto bruto = 260 mg/l - P total do esgoto bruto = 10 mg/l - N total do esgoto bruto = 40 mg/l

- Cterm. = 1 x 10 Cterm/100 ml 7

- Mdia do ms mais frio na regio t = 12oC; - Intervalo entre limpezas do tanque sptico considerado de 01 ano; - Terreno argiloso com baixa permeabilidade; - Lenol fretico com nvel baixo; - No h limitao de rea para a construo do sistema de tratamento.

3 RESOLUO

3.1 Dimensionamento da Fossa Sptica

3.1.1 Volume: V = 1000 + N (C .T + K . Lf)

V: volume til, em litros;

N: nmero de pessoas ou unidades de contribuio;

C: contribuio per capita de esgoto, em L / pessoa .dia; (Tabela 01/NBR 7229);

T: tempo de deteno, em dias; (Tabela 02/NBR 7229)

K: taxa de acumulao do lodo digerido, em dias, equivalente ao tempo de acumulao

de lodo fresco; (Tabela 03/NBR 7229)

Lf: contribuio do lodo fresco, em L / pessoa dia; (Tabela 01/NBR 7229).

C = 100 L/hab.dia, Tabela 01/NBR 7229;

Td = 12h, Tabela 02/NBR 7229;

Lf = 1,0, Tabela 01/NBR 7229;

k = 65, Tabela 03/NBR 7229

Contribuio diria: 200 x 100 = 20.000 L/dia = 20 m3/dia;

V = 24.000 L = 24 m

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3.1.2 Altura: A Altura h funo do volume til V, conforme Tabela 04/NBR 7229.

Tabela 04/ NBR 7229 ; Profundidade til de 1,80 a 2,80m

Adota-se h = 2,80 m e A = V/h ; A = 8,57 m

3.1.3 Definio da Geometria e Nmero de Cmaras do Tanque Sptico (conforme NBR 7229): adotado o tanque de cmara nica dada a sua simplicidade

construtiva quando comparado ao de cmara dupla em srie. E a forma adotada a

circular dado o fato que o tanque cilndrico ocupa menor permetro que o tanque

retangular, conforme ser constatado no item seguinte.

3.1.4 rea e Largura ou Dimetro (conforme NBR 7229): rea A = V / h (m2);

Largura Mnima: 0,80 m; Compr. / Larg.:Mx. 4:1, Mn. 2:1; Dimetro Mnimo: 1,10 m

Tanque Prismtico: C x L = A = 8,57 ; C/L deve situar-se entre 2,0 a 4,0 conforme a

NBR 7229. Adota-se C/L = 4,0 ; 4L x L = 8,57 ; L = 1,46 m ; C = 5,87 m. Logo, o

permetro 14,66 m.

Tanque Circular: Conforme a NBR 7229, D 2h ; Logo, A = 8,57 = x R ; R =

1,65m ; D = 3,3 < 5,6 (2h) ; confere ! O permetro 2R = 10,37 m.

As tabelas supracitadas so apresentadas a seguir.

Tabela 1: Contribuio Diria de Esgoto (C) e de Lodo Fresco (Lf) por Tipo de Prdio e de

Ocupante

Prdio Unidade Contribuio, de esgotos (C) e

lodo fresco (Lf)

Ocupantes Permanentes:

- Residncia

Padro alto

Padro mdio

Padro baixo

- Hotel

- Alojamento provisrio

pessoa

pessoa

pessoa

pessoa

pessoa

160

130

100

100

80

1

1

1

1

1

Ocupantes temporrios

Fbrica em geral

Escritrio

Edifcios pblicos ou comerciais

Escolas e locais de longa permanncia

Bares

Restaurantes e similares

Cinemas, teatros e locais de curta permanncia

Sanitrios pblicos

pessoa

pessoa

pessoa

pessoa

pessoa

pessoa

pessoa

pessoa

70

50

50

50

6

25

2

480

0,30

0,20

0,20

0,20

0,10

0,10

0,02

4,0

TABELA 2: Perodo de Deteno dos Despejos, por Faixa de Contribuio Diria

Contribuio diria (L) Tempo de deteno

Dias Horas

At 1500 1,00 24

1501 - 3000 0,92 22

3001 4500 0,83 20

4501 6000 0,75 18

6001 7500 0,67 16

7501 9000 0,58 14

Mais que 9000 0,50 12

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TABELA 3: Taxa de Acumulao Total de Lodo (K), em Dias, por Intervalo Entre Limpezas

e Temperatura do Ms Mais Frio

Intervalo entre limpezas (anos) Valores de K por faixa de temperatura ambiente (t), em C

t 10 10 t 20 t > 20

1 94 65 57

2 134 105 97

3 174 145 137

4 214 185 177

5 254 225 217

TABELA 4: Profundidade h til Mnima e Mxima, por Faixa de Volume til

Volume til (m) Profundidade til mnima (m) Profundidade til mxima (m)

At 6,0 1,20 2,20

6,0 10,0 1,50 2,50

Mais que 10,0 1,80 2,80

As dimenses dos tanques spticos so apresentadas nas Figuras 01 a seguir.

Figura 01: Vistas lateral e em planta de tanque sptico

a 5 cm; b 5 cm ; c = 1/3 h; h = altura til; h = altura interna til

L = comprimento interno total; W = largura interna total ( 80 cm) ; Relao L/W: entre 2:1 e 4:1

h

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3.2 Dimensionamento do Tratamento Complementar

Dado que o esgoto a ser tratado efluente de um tanque sptico, observar as

condicionantes a seguir por tipo de tratamento complementar.

3.2.1 Sumidouro: rea de Absoro do Esgoto (A): A = R2 + 2R . h = Q / Cinf, sendo R, h e Q o raio, a altura til e a vazo afluente do sumidouro, respectivamente. O

volume o seguinte: Volume do Sumidouro (V): V = R2 . h

Portanto, conforme a Tabela A a seguir, Cinf = 40 L/m.dia e para Qdiria = 20.000 L,

obtm-se: A = Q/Cf = 500 m

TABELA A: Possveis Faixas de Variao do Coeficiente de Infiltrao

Faixa Constituio provvel

dos solos

Coeficiente de

Infiltrao (l/m dia)

1

Rochas, argilas compactas de cor branca, cinza ou preta,

variando a rochas alteradas e argilas medianamente compactas

de cor avermelhada.

Menor que 20

2

Argilas de cor amarela, vermelha ou marrom medianamente

compactas, variando a argilas pouco siltosas e/ou arenosas.

20 a 40

3

Argilas arenosas e/ou siltosas, variando a areia argilosa ou

silte argiloso de cor amarela, vermelha ou marrom.

40 a 60

4

Areia ou silte argiloso, ou solo arenoso com hmus e turfas,

variando a solos constitudos predominantemente de areia e

siltes.

60 a 90

5

Areia bem selecionada e limpa, variando at areia grossa com

cascalhos.

Maior que 90

Considerando a forma circular pelas razes j expostas para o tanque sptico:

D = 3,00 m e profundidade h = 2,80 m; A = rea lateral + rea do fundo;

A = 2 x x R x h + x R; A = 2(1,5) . 2,8 + . (1,5) ; A = 33,45m ;

Nmero de Sumidouros: 500 / 33,45 = 15 sumidouros.

A Figura 02 apresenta os detalhes do sumidouro.

Figura 02: Detalhes do Sumidouro

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3.2.2 Vala de Infiltrao

Considerando o Cinf, tem-se: A = Q / Cinf ; A = C . L + 2 (C . H),

sendo C o comprimento, L a largura da vala e H a altura til da vala. Considerar que a

rea A de infiltrao consta da rea lateral (abaixo da tubulao de entrada) acrescida da

rea do fundo da vala. Portanto, conforme a Tabela A j apresentada, Cinf = 40

L/m.dia e para Qdiria = 20.000 L, obtm-se: A = Q/Cinf = 500 m.

Para A = C . L + 2 (C . H) e para L = 1,0 m e H = 0,5 m, obtm-se A = 2 . C.

Logo, C = 250 m. Para um comprimento por vala de 10 m, o nmero de valas de 25

unidades. Observar a Figura 03 que detalha a vala de infiltrao.

Figura 03: Detalhamento da Vala de Infiltrao

3.2.3 Vala de Filtrao seguida de Caixa de Clorao

A Taxa de Aplicao TA obtida pela seguinte equao: A = Q / TA ; C = A / L ,

sendo TA a taxa de aplicao, C o comprimento e L a largura til da vala. Admitir que

a rea de filtrao a rea do fundo da vala. O parmetro TA de 100 l/m.dia,

conforme a NBR 13969, a qual especfica para tratamento de efluentes de tanques

spticos. Para Qdiria = 20.000 l/dia, obtm-se: A = Q/TA = 200 m,

sendo A = C . L e para L = 1,0 m obtm-se C = 200 m. Para um comprimento por vala

de 20 m, o nmero de valas de 10 unidades. A Figura 03 apresenta o esquema da

seo transversal de uma vala de filtrao.

Figura 03: Seo Transversal de uma Vala de Filtrao

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Na sequncia esto previstas 02 caixas de clorao sendo que cada uma recebe o

efluente de 05 valas de filtrao Desta forma, para a vazo de 20 m3/dia, que

corresponde a aproximadamente 0,24 l/s, estimou-se o volume de cada caixa alm da

quantidade de cloro a ser aplicada.

Especificamente quanto a quantidade de cloro, assumiu-se que a demanda de cloro de

0,7 mg/l, que est previsto o emprego de um composto com 30,0 % de cloro e que deve-

se prever a manuteno de um residual de 0,5 mg/l aps a desinfeco. Desta forma o

volume da caixa cloradora e a quantidade de cloro a ser utilizada na desinfeco so

estimados conforme segue.

A vazo a ser tratada, j estimada, de 0,24 l/s = 14,4 l/min = 0,0144 m/min. O

volume V da caixa cloradora, para um tempo de contato entre o cloro e esgoto em torno

de 45 minutos, o seguinte: V = 14,4 l/min . 45 min = 648 l;

Como foi concebido que 01 caixa de clorao atende 05 valas de filtrao, tm-se assim

02 caixas de clorao com o volume de 320 l cada. Observar Figura 05.

Figura 05: Detalhe de 01 Caixa Cloradora

Para estimar a quantidade de cloro a ser aplicada contemplar as seguintes etapas:

1 Estimativa da concentrao do composto de cloro no esgoto

Estima-se incialmente a concentrao do composto de cloro no esgoto (Concentrao

CP/es) por meio da seguinte expresso:

Concentrao CP/es = (Concentrao Demanda de Cloro + Concentrao Cloro Residual) mg/l

Massa de Cloro Ativo (g)

Massa do Composto (g)

ou,

Concentrao Demanda de Cloro + Concentrao Cloro Residual 30 % Composto (Cloro)

Concentrao CP/es 100 % Composto

logo, Concentrao CP/es = (0,7 mg/litro + 0,5 mg/litro) = 4,0 g composto/m de esgoto,

0,3

sendo 1,0 mg/l = 1,0 g/m3.

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J a vazo mssica do composto QMCP/es a ser aplicada no esgoto a seguinte:

QMCP/es = Qes x Concentrao CP/es = 0,0144 m/min x 4,0 g/m = 0,0576 g composto/min

2 Preparo da soluo desinfectante

Na sequncia, para preparar a soluo desinfectante 2,0 % de composto, este deve ser

diludo em gua. Por exemplo, para preparar 100 litros desta soluo desinfectante faz-

se necessrio adicionar 2,0 kg do composto a 98 litros de gua. E para estimar a

concentrao do composto na soluo (Concentrao CP/s) observar:

Concentrao CP/s = 2000 g / 100 litros = 20 g/l

Ou seja, cada litro de soluo desinfectante tem 20 g de composto.

Dado que o percentual de cloro ativo do composto de 30 % conforme j enunciado, a

concentrao efetiva de cloro na soluo desinfectante (Concentrao Cl/s) a seguinte:

Concentrao Cl/s = Concentrao CP/s . % Cloro Ativo no Composto

Concentrao Cl/s = 20 g/ l . 30 % = 6,0 g / l

Portanto, para a vazo mssica do composto QMcp de 0,0576 g/min, j calculada, a

vazo da soluo desinfectante Qs a ser aplicada ao esgoto dada pela seguinte

formulao:

Qs = QMcp / Concentrao Cls = 0,0576 g/min / 6,0 g / l = 0,0096 l / min.

Considerando que dever ser preparado 20 litros de soluo (Vs), esta ser suficiente

para garantir a desinfeco do esgoto pela seguinte durao de tempo T:

T = Vs / Qs = 20 / 0,0096 l/min = 2083 min = 34 h.

Para a vazo de projeto em questo a quantidade de cloro a ser aplicada, em termos de

carga de cloro CCl, a seguir estimada: CCl = 20 m/dia x 4,0 g/m = 80 g/dia

Observaes sobre produtos:

gua sanitria o produto da diluio em gua do hipoclorito de sdio. A frmula

NaClO. Produto mineral resultante de produo industrial. produzido a partir da

reao de gs cloro misturado com soluo de hidrxido de sdio (soda custica). Sua

concentrao de cloro ativo situa-se na faixa de 15 %. A concentrao da gua

sanitria varia de 2 a 2,5% de cloro ativo (20 a 25 g/l). Como as guas

sanitrias Super Candida e QBoa so comercializadas em embalagens de 1 litro

(1.000 cm) ou de 2 litros (2.000 cm), a quantidade de cloro ativo em cada embalagem

de 20 g a 25 g (embalagem de 1 litro) ou de 40 g a 50 g (embalagem de 2 litros).

https://www.tratamentodeagua.com.br/artigo/manual-das-aguas-sanitarias/

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O CLOR IN uma linha de produtos que tem como princpio ativo o dicloro-s-

triazinetione de sdio, aprovado pela ANVISA, FIOCRUZ, Instituto Adolf Lutz,

principais universidades brasileiras e diversas organizaes internacionais de sade.

O CLOR IN Granulado um desinfetante de uso exclusivamente profissional,

derivado clorado orgnico, indicado para o tratamento microbicida de gua para fins

industriais e consumo humano. Excelente alternativa para a desinfeco de guas de

processo, efluentes domsticos e industriais, viveiros, estbulos, canis, pocilgas

e indstrias de um modo geral. Suas caractersticas: So grnulos de colorao branca

e odor caracterstico de cloro. Teor de cloro ativo: 55% p/p. Solubilidade de 25 g em

100 ml de gua a 25 C. Dosagem recomendada: 20 g para cada 10.000 litros de gua.

As embalagens so em sacos de 1 kg e bombonas plsticas de 50 kg.

https://www.marconsultoria.com/clorin

3.2.4 Filtro Anaerbio seguido de Wetlands

Conforme a NBR 13969, para a estimativa do volume do filtro anaerbio observar:

Volume: V = 1,6 . N .C . T e rea: A = V/H, sendo:

V: volume til, em litros;

N: nmero de pessoas ou unidades de contribuio;

C: contribuio per capita de esgoto, em l/pessoa.dia; (Tabela 01/ NBR 7229);

T: tempo de deteno, em dias; (Tabela 02/ NBR 7229);

H: altura til, a qual admitida em 1,60 m conforme a NBR 13969.

Td = 0,5 dia ; C = 100 l / hab.dia ; N = 200 pessoas

V = 1,6 x N x C x Td ; V = 1,6 x 200 x 100 x 0,5 ; V = 16.000 l = 16,0 m

A = 16/1,8 = 10,0 m ; 10,0 m = x R ; D = 3,57 m

Observar a Figura 06.

Figura 06: Sistema Tanque Sptico seguido de Filtro Anaerbio (NBR 13969)

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Para o sistema de wetlands sequente as caractersticas adotadas so as seguintes:

. fluxo sub-superficial;

. escoamento em pisto;

. meio filtrante composto por brita;

. macrfita: Typha spp. (Taboa).

Para ilustrao, observar a Figura 07 a seguir:

: Fluxo do esgoto

Figura 07: Perspectiva de um wetlands.

A rea superficial (horizontal) do sistema wetlands estimada pela seguinte equao:

sendo,

As = rea superficial, m2;

Q = vazo de projeto, m3/d;

Ca = concentrao afluente, neste caso de DBO, mg/l;

Ce = concentrao efluente esperada, neste caso de DBO, mg/l;

K = coeficiente de remoo de DBO (1/d) para a temperatura do lquido, C;

Hliq = altura do liquido no interior do leito filtrante, m;

n = porosidade do meio filtrante, %.

Admitindo que o conjunto tanque sptico filtro anaerbio tenha eficincia de 65,00 %

na remoo de DBO, a DBO afluente Ca ao wetlands de 260,00 x 0,35 = 91,00 mg/l.

Como j apresentado, a DBO efluente esperada Ce de 50 mg/l.

Conforme CONLEY; DICK; LIOW (1991) apud SEZERINO et. al. (2015), o

coeficiente K20 de remoo de DBO para 20 C pode variar de 0,21 a 2,92/d. Portanto,

conforme MELO & LINDNER (2013), adotado o valor de 1,1/d para 20 C. Para

adequar a estimativa de K para outra temperatura, 12 C no caso, utiliza-se a seguinte

converso:

K = K20 (1,07) (t 20 C)

; K = 1,1 (1,07) (12 20 C)

= 0,64/d para 12o C.

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Quanto geometria SEZERINO et. al. (2015) observam que a altura H mxima do leito

filtrante registrada em pesquisas brasileiras de 1,5 m. J o valor da altura do lquido

Hliq no meio filtrante deve ser inferior ao H de maneira a evitar a presena deste lquido

na superfcie do mesmo. Assim, neste dimensionamento sero adotadas as alturas H =

1,00 m para o leito filtrante e Hliq = 0,70 m, de acordo com adaptao de MELO &

LINDNER (2013). J a porosidade n adotada para o meio filtrante de brita de 35 %,

sendo a porosidade a relao entre o volume dos poros entre as britas e o volume total

do meio filtrante.

Desta forma, dadas s consideraes anteriores, destacando a vazo estimada de 20

m3/d, a rea superficial estimada em As = 76,38 m

2. Para esta rea e para a altura til

de Hliq = 0,70 m, o volume de 53,47 m3.

Estimados a rea e o volume, cumpre verificar o tempo de deteno, o qual dado pela

seguinte expresso:

Td = (n . V) / Q

sendo

Td: tempo de deteno, d;

V: volume do meio filtrante, m3.

Em decorrncia, Td = 0,94 dias.

SEZERINO et. al. (2015) registram que os valores de Td variam entre 0,5 e 12,3 dias,

conforme levantamento em estudos nacionais.

Supondo 02 wetlands em paralelo, cumpre definir geometria de cada unidade. Os

autores da Costa et al. (2013), apud SEZERINO et. al. (2015), adotaram a relao de

forma Comprimento (C) / Largura (L) C / L igual a 8,0, em seu estudo. No obstante,

MELO & LINDNER (2013) utilizaram C/L = 3,0. O importante, ressalta-se, garantir o

fluxo em pisto. Assim, neste estudo C/L admitido igual a 4,0. Logo, sendo em cada

wetlands a rea A1 = As / 2 , tem-se:

A1 = C . L = 38,19 m2 ; C / L = 4,0. Resolvendo, C = 12,36 m; L = 3,09 m;

3.2.5 Filtro Biolgico Aerbio (FB) e Decantador Secundrio (DS) seguido de Filtro

Lento de Areia

Nesta concepo o filtro biolgico com decantador considerado o tratamento

secundrio. Portanto, para dimensionar o filtro biolgico usual trabalhar com o

parmetro Taxa de Aplicao Hidrulica (TAH), taxa esta que pode ser baixa, mdia ou

alta. Os filtros de baixa taxa apresentam TAH de 1,0 a 4,0 m3/m

2.dia, os de mdia taxa

apresentam TAH de 4,0 a 10,0 m3/m

2.dia, enquanto aqueles de alta taxa apresentam

valores de 10 a 60 m3/m

2.dia. Neste dimensionamento ser admitida uma TAH alta na

ordem de 35 m3/m

2.dia. J a altura do filtro (H) admitida de 1,5 m. Isto posto, segue o

dimensionamento:

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a) rea da seo transversal do FB: rea A = Q / TAH, sendo A a rea da seo transversal do filtro biolgico.

A = 20 m/dia = 0,57 m2

35 m/m.dia

b) Volume V e Dimetro D do FB: Para a rea de 0,57 m2, V = 0,86 m3 e D = 0,85 m;

c) Verificao do desempenho do FB em termos de Carga Orgnica Volumtrica (COV) de DBO.

Admitindo que o tanque sptico apresente 50 % de eficincia de remoo de DBO,

logo a DBO do esgoto tratado pelo mesmo na ordem de 130 mg/L. Desta forma,

COV = Q (m/dia) x DBO (mg/L) = 20 x 130 = 3,02 kg. DBO !!!

(1000 x V ) 1000 x 0,86 m.dia

A faixa recomenda de 0,6 a 1,8 kg DBO /m.dia e o valor obtido ultrapassa o limite

superior da mesma indicando que o FB trabalhar com sobrecarga. Faz-se necessrio

rever a TAH adotada. Portanto, alterando a TAH para 10 m3/m

2.dia, obtm-se:

A = 2,0 m2 ; V = 3,0 m

3, D = 1,59 m e COV = 0,87 kg DBO /m.dia. Ok!

A Figura 08 apresenta detalhes do filtro biolgico.

Figura 08: Corte do Filtro Biolgico

d) rea do Decantador Secundrio: ADS

TES = Q/ADS, sendo TES a Taxa de Escoamento Superficial e ADS a rea do decantador

secundrio. O valor de TES encontra-se na faixa de 16 a 24 m3/m

2.dia, para vazo

mdia de esgoto. Portanto, a rea ADS = 20 / 16 = 1,25 m e o dimetro D = 1,26. m

A Figura 09 apresenta uma configurao apresentando o decantador secundrio na

sequncia do filtro biolgico. Cabe destacar que nesta configurao o decantador

primrio o prprio tanque sptico. Outro ponto a ser destacado o volume de lodo

gerado pelo filtro biolgico, o qual significativo na operao e manuteno do mesmo.

Assim, a gerao de lodo deve ser considerada na escolha do sistema de tratamento.

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Figura 09: Configurao Tanque Sptico (Decantador Primrio), Filtro Biolgico e

Decantador Secundrio

e) Filtro Lento de Areia para a Desinfeco:

Considerando a Taxa de Filtrao TF = Q / A e adotando um valor de TF = 1,7

m/m.dia para a mesma, rea A da seo transversal do filtro estima-se,

A = 20,0 = 11,76 m

1,7

O dimetro do filtro estimado em D = 3,87 m. Para a altura til H de 1,50 m,

conforme Figura 10, m o volume de 5,8 m3. Tal figura apresenta a vista em corte do

filtro lento de areia a ser instalado aps um decantador secundrio.

Figura 10: Decantador Secundrio e Filtro Lento de Areia

4 PROPOSIO DO SISTEMA

Propor o sistema considerado mais adequado com base em critrios diversos como a

rea necessria para instalao, as eficincias de remoo dos parmetros, os custos de

implantao, operao e manuteno, a contribuio esttica para o ambiente urbano,

dentre outros entendidos importantes.

decantador Secundrio

esgoto tratado