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

1 ENUNCIADO

No Município Vale Verde há previsão de construção de um conjunto habitacional que

estará localizado em uma região desprovida de sistema público e centralizado de

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

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

tanque séptico com tratamento complementar e, por fim, de disposição final adequada.

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

seguido de tratamentos complementares para, posteriormente, propor e representar

graficamente o sistema considerado mais adequado.

2 DADOS

Considerar:

- 05 pessoas por residência na área a ser atendida;

- 40 residências a serem atendidas;

- Contribuição Per Capita de Esgoto (C): apesar da NBR 7229 apresentar este valor,

conforme Tabela 01 da mesma, utilizar nesta aplicação seus próprios valores de qe e

CR para definir a contribuição 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

- Média do mês mais frio na região t = 12oC;

- Intervalo entre limpezas do tanque séptico é considerado de 01 ano;

- Terreno argiloso com baixa permeabilidade;

- Lençol freático com nível baixo;

- Não há limitação de área para a construção do sistema de tratamento.

3 RESOLUÇÃO

3.1 Dimensionamento da Fossa Séptica

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

V: volume útil, em litros;

N: número de pessoas ou unidades de contribuição;

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

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

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

de lodo fresco; (Tabela 03/NBR 7229)

Lf: contribuição 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

Contribuição diária: 200 x 100 = 20.000 L/dia = 20 m3/dia;

V = 24.000 L = 24 m³


3.1.2 Altura: A Altura h é função do volume útil V, conforme Tabela 04/NBR 7229.

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

Adota-se h = 2,80 m e A = V/h ; A = 8,57 m²

3.1.3 Definição da Geometria e Número de Câmaras do Tanque Séptico

(conforme NBR 7229): É adotado o tanque de câmara única dada a sua simplicidade

construtiva quando comparado ao de câmara dupla em série. E a forma adotada é a

circular dado o fato que o tanque cilíndrico ocupa menor perímetro que o tanque

retangular, conforme será constatado no item seguinte.

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

Largura Mínima: 0,80 m; Compr. / Larg.:Máx. 4:1, Mín. 2:1; Diâmetro Mínimo: 1,10 m

Tanque Prismático: 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

perímetro é 14,66 m.

Tanque Circular: Conforme a NBR 7229, D 2h ; Logo, A = 8,57 = x R² ; R =

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

As tabelas supracitadas são apresentadas a seguir.

Tabela 1: Contribuição Diária de Esgoto (C) e de Lodo Fresco (Lf) por Tipo de Prédio e de

Ocupante

Prédio Unidade Contribuição, de esgotos (C) e

lodo fresco (Lf)

Ocupantes Permanentes:

- Residência

Padrão alto

Padrão médio

Padrão baixo

- Hotel

- Alojamento provisório

pessoa

pessoa

pessoa

pessoa

pessoa

160

130

100

100

80

1

1

1

1

1

Ocupantes temporários

Fábrica em geral

Escritório

Edifícios públicos ou comerciais

Escolas e locais de longa permanência

Bares

Restaurantes e similares

Cinemas, teatros e locais de curta permanência

Sanitários públicos

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: Período de Detenção dos Despejos, por Faixa de Contribuição Diária

Contribuição diária (L) Tempo de detenção

Dias Horas

Até 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


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

e Temperatura do Mês 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 Útil Mínima e Máxima, por Faixa de Volume Útil

Volume útil (m³) Profundidade útil mínima (m) Profundidade útil máxima (m)

Até 6,0 1,20 2,20

6,0 – 10,0 1,50 2,50

Mais que 10,0 1,80 2,80

As dimensões dos tanques sépticos são apresentadas nas Figuras 01 a seguir.

Figura 01: Vistas lateral e em planta de tanque séptico

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

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

h


3.2 Dimensionamento do Tratamento Complementar

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

condicionantes a seguir por tipo de tratamento complementar.

3.2.1 Sumidouro: Área de Absorção do Esgoto (A): A = ПR2 + 2ПR . h = Q / Cinf,

sendo R, h e Q o raio, a altura útil e a vazão afluente do sumidouro, respectivamente. O

volume é o seguinte: Volume do Sumidouro (V): V = ПR2 . h

Portanto, conforme a Tabela A a seguir, Cinf = 40 L/m².dia e para Qdiária = 20.000 L,

obtém-se: A = Q/Cf = 500 m²

TABELA A: Possíveis Faixas de Variação do Coeficiente de Infiltração

Faixa Constituição provável

dos solos

Coeficiente de

Infiltração (l/m² 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 húmus e turfas,

variando a solos constituídos predominantemente de areia e

siltes.

60 a 90

5

Areia bem selecionada e limpa, variando até areia grossa com

cascalhos.

Maior que 90

Considerando a forma circular pelas razões já expostas para o tanque séptico:

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

A = 2 x x R x h + x R²; A = 2(1,5) . 2,8 + . (1,5)² ; A = 33,45m² ;

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

A Figura 02 apresenta os detalhes do sumidouro.

Figura 02: Detalhes do Sumidouro


3.2.2 Vala de Infiltração

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 útil da vala. Considerar que a

área A de infiltração consta da área lateral (abaixo da tubulação de entrada) acrescida da

área do fundo da vala. Portanto, conforme a Tabela A já apresentada, Cinf = 40

L/m².dia e para Qdiária = 20.000 L, obtém-se: A = Q/Cinf = 500 m².

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

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

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

Figura 03: Detalhamento da Vala de Infiltração

3.2.3 Vala de Filtração seguida de Caixa de Cloração

A Taxa de Aplicação TA é obtida pela seguinte equação: A = Q / TA ; C = A / L ,

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

a área de filtração é a área do fundo da vala. O parâmetro TA é de 100 l/m².dia,

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

sépticos. Para Qdiária = 20.000 l/dia, obtém-se: A = Q/TA = 200 m²,

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

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

seção transversal de uma vala de filtração.

Figura 03: Seção Transversal de uma Vala de Filtração


Na sequência estão previstas 02 caixas de cloração sendo que cada uma recebe o

efluente de 05 valas de filtração Desta forma, para a vazão de 20 m3/dia, que

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

quantidade de cloro a ser aplicada.

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

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

se prever a manutenção de um residual de 0,5 mg/l após a desinfecção. Desta forma o

volume da caixa cloradora e a quantidade de cloro a ser utilizada na desinfecção são

estimados conforme segue.

A vazão a ser tratada, já estimada, é de 0,24 l/s = 14,4 l/min = 0,0144 m³/min. O

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

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

Como foi concebido que 01 caixa de cloração atende 05 valas de filtração, têm-se assim

02 caixas de cloração 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:

1ª Estimativa da concentração do composto de cloro no esgoto

Estima-se incialmente a concentração do composto de cloro no esgoto (Concentração

CP/es) por meio da seguinte expressão:

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

Massa de Cloro Ativo (g)

Massa do Composto (g)

ou,

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

Concentração CP/es 100 % Composto

logo, Concentração CP/es = (0,7 mg/litro + 0,5 mg/litro) = 4,0 g composto/m³ de esgoto,

0,3

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


Já a vazão mássica do composto QMCP/es a ser aplicada no esgoto é a seguinte:

QMCP/es = Qes x Concentração CP/es = 0,0144 m³/min x 4,0 g/m³ = 0,0576 g composto/min

2ª Preparo da solução desinfectante

Na sequência, para preparar a solução desinfectante à 2,0 % de composto, este deve ser

diluído em água. Por exemplo, para preparar 100 litros desta solução desinfectante faz-

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

concentração do composto na solução (Concentração CP/s) observar:

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

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

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

concentração efetiva de cloro na solução desinfectante (Concentração Cl/s) é a seguinte:

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

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

Portanto, para a vazão mássica do composto QMcp de 0,0576 g/min, já calculada, a

vazão da solução desinfectante Qs a ser aplicada ao esgoto é dada pela seguinte

formulação:

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

Considerando que deverá ser preparado 20 litros de solução (Vs), esta será suficiente

para garantir a desinfecção do esgoto pela seguinte duração de tempo T:

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

Para a vazão de projeto em questão a quantidade de cloro a ser aplicada, em termos de

carga de cloro CCl, é a seguir estimada: CCl = 20 m³/dia x 4,0 g/m³ = 80 g/dia

Observações sobre produtos:

“Água sanitária é o produto da diluição em água do hipoclorito de sódio. A fórmula é

NaClO. Produto mineral resultante de produção industrial. É produzido a partir da

reação de gás cloro misturado com solução de hidróxido de sódio (soda cáustica). Sua

concentração de cloro ativo situa-se na faixa de 15 %. A concentração da água

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

sanitárias Super Candida e Q’Boa são comercializadas em embalagens de 1 litro

(1.000 cm³) ou de 2 litros (2.000 cm³), a quantidade de cloro ativo em cada embalagem

é 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/


O CLOR IN “é uma linha de produtos que tem como princípio ativo o dicloro-s-

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

principais universidades brasileiras e diversas organizações internacionais de saúde.”

O CLOR IN Granulado é um “desinfetante de uso exclusivamente profissional,

derivado clorado orgânico, indicado para o tratamento microbicida de água para fins

industriais e consumo humano. Excelente alternativa para a desinfecção de águas de

processo, efluentes domésticos e industriais, viveiros, estábulos, canis, pocilgas

e indústrias de um modo geral. Suas características: São grânulos de coloração branca

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

100 ml de água a 25 ºC. Dosagem recomendada: 20 g para cada 10.000 litros de água.

As embalagens são em sacos de 1 kg e bombonas plásticas de 50 kg.”

https://www.marconsultoria.com/clorin

3.2.4 Filtro Anaeróbio seguido de Wetlands

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

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

V: volume útil, em litros;

N: número de pessoas ou unidades de contribuição;

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

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

H: altura útil, 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 m³

A = 16/1,8 = 10,0 m² ; 10,0 m² = x R² ; D = 3,57 m

Observar a Figura 06.

Figura 06: Sistema Tanque Séptico seguido de Filtro Anaeróbio (NBR 13969)


Para o sistema de wetlands sequente as características adotadas são as seguintes:

. fluxo sub-superficial;

. escoamento em pistão;

. meio filtrante composto por brita;

. macrófita: Typha spp. (Taboa).

Para ilustração, observar a Figura 07 a seguir:

: Fluxo do esgoto

Figura 07: Perspectiva de um wetlands.

A área superficial (horizontal) do sistema wetlands é estimada pela seguinte equação:

sendo,

As = área superficial, m2;

Q = vazão de projeto, m3/d;

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

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

K = coeficiente de remoção de DBO (1/d) para a temperatura do líquido, ºC;

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

n = porosidade do meio filtrante, %.

Admitindo que o conjunto tanque séptico – filtro anaeróbio tenha eficiência de 65,00 %

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

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

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

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

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

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

conversão:

K = K20 (1,07) (t – 20º C)

; K = 1,1 (1,07) (12 – 20º C)

= 0,64/d para 12o C.


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

filtrante registrada em pesquisas brasileiras é de 1,5 m. Já o valor da altura do líquido

Hliq no meio filtrante deve ser inferior ao H de maneira a evitar a presença deste líquido

na superfície do mesmo. Assim, neste dimensionamento serão adotadas as alturas H =

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

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

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

do meio filtrante.

Desta forma, dadas às considerações anteriores, destacando a vazão estimada de 20

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

2. Para esta área e para a altura útil

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

Estimados a área e o volume, cumpre verificar o tempo de detenção, o qual dado pela

seguinte expressão:

Td = (n . V) / Q

sendo

Td: tempo de detenção, d;

V: volume do meio filtrante, m3.

Em decorrência, 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 relação de

forma Comprimento (C) / Largura (L) C / L igual a 8,0, em seu estudo. Não obstante,

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

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

wetlands a área 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 Biológico Aeróbio (FB) e Decantador Secundário (DS) seguido de Filtro

Lento de Areia

Nesta concepção o filtro biológico com decantador é considerado o tratamento

secundário. Portanto, para dimensionar o filtro biológico é usual trabalhar com o

parâmetro Taxa de Aplicação Hidráulica (TAH), taxa esta que pode ser baixa, média ou

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

2.dia, os de média 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 será admitida uma TAH alta na

ordem de 35 m3/m

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

dimensionamento:


a) Área da seção transversal do FB: Área A = Q / TAH, sendo A a área da seção

transversal do filtro biológico.

A = 20 m³/dia = 0,57 m2

35 m³/m².dia

b) Volume V e Diâmetro D do FB: Para a área de 0,57 m2, V = 0,86 m

3 e D = 0,85 m;

c) Verificação do desempenho do FB em termos de Carga Orgânica Volumétrica

(COV) de DBO.

Admitindo que o tanque séptico apresente 50 % de eficiência de remoção de DBO,

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

COV = Q (m³/dia) x DBO (mg/L) = 20 x 130 = 3,02 kg. DBO !!!

(1000 x V ) 1000 x 0,86 m³.dia

A faixa recomenda é de 0,6 a 1,8 kg DBO /m³.dia e o valor obtido ultrapassa o limite

superior da mesma indicando que o FB trabalhará com sobrecarga. Faz-se necessário

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

2.dia, obtém-se:

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

3, D = 1,59 m e COV = 0,87 kg DBO /m³.dia. Ok!

A Figura 08 apresenta detalhes do filtro biológico.

Figura 08: Corte do Filtro Biológico

d) Área do Decantador Secundário: ADS

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

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

2.dia, para vazão

média de esgoto. Portanto, a área é ADS = 20 / 16 = 1,25 m² e o diâmetro D = 1,26. m

A Figura 09 apresenta uma configuração apresentando o decantador secundário na

sequência do filtro biológico. Cabe destacar que nesta configuração o decantador

primário é o próprio tanque séptico. Outro ponto a ser destacado é o volume de lodo

gerado pelo filtro biológico, o qual significativo na operação e manutenção do mesmo.

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


Figura 09: Configuração Tanque Séptico (Decantador Primário), Filtro Biológico e

Decantador Secundário

e) Filtro Lento de Areia para a Desinfecção:

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

m³/m².dia para a mesma, à área A da seção transversal do filtro estima-se,

A = 20,0 = 11,76 m²

1,7

O diâmetro do filtro é estimado em D = 3,87 m. Para a altura útil H de 1,50 m,

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

filtro lento de areia a ser instalado após um decantador secundário.

Figura 10: Decantador Secundário e Filtro Lento de Areia

4 PROPOSIÇÃO DO SISTEMA

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

área necessária para instalação, as eficiências de remoção dos parâmetros, os custos de

implantação, operação e manutenção, a contribuição estética para o ambiente urbano,

dentre outros entendidos importantes.

decantador Secundário

esgoto tratado

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