O que um tanque de equalização faz
Um tanque de equalização fica entre a entrada e o processo que protege. Ele recebe a vazão na taxa em que ela chega e a libera na taxa que a estação a jusante consegue tratar, o que desacopla as duas. Em uma estação municipal, a taxa de chegada oscila ao longo do dia; em um local industrial, ela oscila com um padrão de turnos ou uma descarga em batelada.
Ele faz dois trabalhos, e eles são dimensionados de forma diferente. A equalização de vazão amortece a taxa com que a água chega; a equalização de carga amortece a massa de poluente que chega por hora. Um tanque misturado enquanto enche faz um pouco dos dois, mas uma estação que luta contra uma descarga em batelada de licor forte precisa de um volume dimensionado por massa, e não por litros.
O que o tanque compra a jusante é uma estação menor e mais estável: um estágio biológico que não precisa ser construído para a hora de pico, equipamentos de dosagem que trabalham em taxa constante e uma excursão de pH ou de temperatura que chega diluída em vez de chegar como uma onda.
Vazão de pico: o que o número significa
A vazão de pico não é um número. É pelo menos três, e um projeto que cita um deles sem dizer qual ainda não é um projeto. O primeiro é a hora de pico em dia seco, o pico da manhã ou da noite com que a maioria das estações municipais é dimensionada. O segundo é o dia de pico, o maior volume em 24 horas. O terceiro é o pico de tempo chuvoso, infiltração e contribuição de chuva, que em uma rede combinada ou com vazamentos pode multiplicar o pico de tempo seco ao mesmo tempo que dilui sua força.
O fator que transforma uma média em um pico é o tema do gráfico do fator de pico, e seu comportamento é o mesmo em todo lugar: quanto menor a população atendida, maior o fator. Um local industrial não tem fator de pico no sentido municipal; tem um padrão de turnos, lido em seu próprio registro.
O pico que importa para o dimensionamento não é o maior número do registro. É o maior número que o processo a jusante não consegue absorver, e a diferença entre os dois é o que o tanque existe para cobrir.
Equalização de vazão: o que é amortecido
Ela distribui a chegada da água por mais horas, e o que ela não faz é remover carga alguma: os mesmos quilogramas de DBO ainda chegam ao longo do dia, distribuídos de forma mais uniforme. Se isso torna a carga mais fácil ou mais difícil depende de como concentração e vazão se movem juntas na sua rede.
Em uma rede municipal, vazão e força costumam subir juntas, porque o pico da manhã é também a vazão mais forte, então achatar a vazão também achata a carga mássica. Uma descarga industrial costuma ser o contrário: uma batelada forte chega em um volume pequeno, em uma hora sem relação com o pico doméstico. Distribuí-la por mais horas espalha a massa em vez de reduzi-la, o que geralmente é o que a biologia quer, mas a massa não desaparece. Onde a carga, e não a vazão, é o problema, o volume tem de ser dimensionado pela curva de massa.
A mistura enquanto o tanque enche tem uma segunda consequência: a homogeneização tende a puxar para baixo os picos de vazão e de concentração ao mesmo tempo, o que ajuda em serviço municipal e pode não ajudar onde uma corrente de alta concentração precisa ser mantida separada em vez de diluída. O gráfico de qualidade do afluente de projeto apresenta os números com que uma estação normalmente é projetada.
Dimensionar pela curva de massa, e não por uma porcentagem
O método que responde à questão corretamente é uma curva de volume acumulado. Trace o volume afluente acumulado contra o tempo ao longo do dia de projeto, desenhe o volume acumulado que sairia se a retirada fosse constante, e a maior distância vertical entre as duas linhas é o armazenamento que o tanque precisa ter: o quanto a chegada chega a ficar à frente da retirada.
Três pontos práticos decidem se a resposta vale alguma coisa. O registro precisa cobrir o pior dia, e não uma semana típica, porque um tanque dimensionado em um dia médio não tem capacidade sobrando para o dia para o qual foi comprado. O intervalo precisa ser fino o bastante para mostrar o pico. E onde não existe registro, uma curva precisa ser construída a partir de população, dotação e um fator de pico, e tratada como provisória até a estação ter seu próprio medidor de vazão.
A prática de projeto costuma citar uma faixa de partida da ordem de 10 a 30 por cento da vazão diária para serviço municipal, ou um volume equivalente a várias horas de vazão média. Leia isso como um método de partida, e não como uma especificação: é uma verificação de sanidade da resposta pela curva de massa, não um substituto dela, e redes combinadas, infiltração alta e descargas industriais em batelada empurram o volume necessário para fora do meio da faixa.
Tempo de detenção hidráulica em um tanque de equalização
O tempo de detenção hidráulica em um tanque de equalização é o volume dividido pela vazão, um resultado do dimensionamento, e não um dado de entrada dele: citar de seis a doze horas primeiro e dimensionar o tanque para esse número é assim que a capacidade de amortecimento acaba sendo eliminada do projeto. Ainda vale calculá-lo, porque ele diz o que mais o tanque vai fazer. Um tempo de detenção longo em clima quente transforma uma bacia não aerada em decantador e depois em séptica, com sólidos acumulando e sulfeto aparecendo, e um tempo curto em um local com pico industrial acentuado não o amortece de forma alguma. O gráfico de volume de tanque e TDH cobre como um tempo de detenção se torna volume de bacia.
Carga de pico, e o caso em que ela discorda da vazão de pico
Onde a carga chega em bateladas, a restrição vinculante é a massa, e não o volume, e a curva a construir é a massa acumulada contra a capacidade de tratamento acumulada. A leitura é a mesma: a maior diferença entre o que chegou e o que o processo poderia ter processado é o armazenamento que o tanque precisa oferecer, aqui como um volume na concentração com que o tanque é misturado.
As duas respostas costumam ser diferentes, e o projeto então tem três opções: dimensionar o tanque único pelo maior dos dois; dividir as funções entre uma bacia de vazão e uma bacia de carga; ou reduzir a batelada na origem, por uma indústria a montante que equalize a própria descarga ou por uma mudança de produção que impeça o licor forte de chegar em um único golpe. A terceira costuma ser a mais barata.
Mistura, aeração e a retirada em um tanque de equalização
Uma bacia que não é misturada é um decantador com controle de nível: os sólidos sedimentam, o volume efetivo cai e o tanque entrega ao processo uma batelada concentrada quando finalmente é esvaziado. A mistura mantém o conteúdo uniforme, de modo que o que sai é representativo do que chegou. O arranjo que a proporciona — misturadores submersíveis, uma grade de bolhas grossas ou bombeamento em circuito — depende dos sólidos na vazão e de se o conteúdo precisa permanecer aeróbio.
A aeração é uma questão separada. Ela é necessária onde o conteúdo de outro modo ficaria séptico, o que significa detenção longa, clima quente, alta carga orgânica ou sulfeto no esgoto afluente, e é a forma mais barata de manter uma bacia ao mesmo tempo misturada e aeróbia. Não é de graça: uma bacia aerada consome oxigênio, e um tanque aerado sem função é um custo de operação sem nada a mostrar.
O arranjo de retirada decide quanto do volume calculado é utilizável. Um tanque esvaziado por uma bomba de vazão fixa mantém sua capacidade de amortecimento apenas até o desligamento por nível baixo, e o volume abaixo desse ponto é morto. Uma retirada variável, uma retirada que segue a capacidade do processo a jusante, ou um par de bacias esvaziadas alternadamente mudam quanto do volume está de fato disponível.
Erros comuns
- Dimensionar por uma porcentagem da vazão diária sem registro de vazão por trás: a porcentagem é uma verificação de uma resposta, não um método.
- Registros de vazão grosseiros. A vazão de pico pode durar vinte minutos e ainda assim desaparecer em um total diário.
- Presumir que a retirada é constante, quando a leitura pela curva de massa presume que ela é.
- Esquecer o volume morto abaixo do desligamento por nível baixo e o bordo livre acima do nível alto.
- Colocar o tanque antes do gradeamento e da remoção de areia, que protegem seus misturadores e bombas.
- Deixar a bacia sem mistura e depois culpar o processo pelas bateladas.
- Deixar o tempo de detenção hidráulica correr o suficiente para tornar a bacia séptica, sem planejar a aeração de que ela então precisa.
- Tratar a equalização de vazão como equalização de carga: o volume que amortece litros não é o volume que amortece quilogramas.
Autoverificação antes de o volume ser fixado
- Existe um registro de vazão cobrindo o pior dia e a pior estação do ano, e não uma semana típica?
- O intervalo é fino o bastante para mostrar o pico mais curto que importa?
- O armazenamento necessário foi lido em uma curva de volume acumulado?
- A curva de carga também foi construída, onde o local tem descarga em batelada ou por turnos?
- Qual das duas é vinculante, vazão ou carga, e o tanque foi dimensionado por ela?
- O tanque mistura o suficiente para manter os sólidos em suspensão no tempo de detenção escolhido?
- A aeração é necessária para impedir que o conteúdo fique séptico, e seu custo de operação foi contabilizado?
- Quanto do volume nominal é utilizável entre o desligamento por nível baixo e o alarme de nível alto?
De um registro de vazão a uma bacia
O volume vem dos dados de operação da estação, e não de uma tabela: um registro de vazão do pior dia que o local pode esperar, lido em uma curva acumulada contra a retirada que o processo a jusante consegue aceitar. O gráfico de volume de tanque e TDH mostra o que um tempo de detenção significa como volume de bacia, o guia de seleção e dimensionamento percorre o mesmo terreno a partir da vazão de projeto e do padrão de lançamento, e a página da estação de tratamento em contêiner descreve a forma compacta da mesma carga. Onde o volume de equalização e o estágio biológico são comprados juntos, o volume e o padrão de vazão para o qual projetar são confirmados com a fábrica para o seu registro de vazão e a sua análise de afluente, e não presumidos de uma tabela.