Desarenador no tratamento de esgoto: por que vem na frente de tudo

O que é a areia

A areia é a fração da vazão afluente que é densa, em grande parte inorgânica e não se decompõe: areia grossa, cascalho, cinza, vidro, casca de ovo, sementes e os resíduos de alimento mais pesados. O que a caracteriza é sua velocidade de sedimentação, e não seu tamanho: ela cai muito mais rápido que uma partícula orgânica do mesmo tamanho, e é nessa diferença que o processo trabalha. O número de projeto geralmente citado é a remoção de partículas até cerca de 0.2 mm com massa específica próxima de 2.65, lido como método de partida, e não como especificação, porque a distribuição de tamanhos em uma rede real é específica do local.

Areia não é a mesma função que o gradeamento. Uma grade retira o que é grande, o que flutua e o que se enrosca — trapos, lenços, gravetos —, e o faz por tamanho. A remoção de areia retira o que é denso e pequeno, por velocidade de sedimentação. A página de gradeamento e microfiltração cobre a primeira função; este artigo cobre a segunda.

Quanta areia uma estação vai receber não pode ser lida em um número nacional. Uma rede separadora que atende residências produz uma fração do que produz uma rede combinada em uma cidade que joga areia nas ruas, e uma obra a montante pode multiplicar isso de novo. A resposta prática é medir: registre a areia retirada por volume tratado ao longo de um ano inteiro e dimensione o equipamento de manejo pelo número maior.

Por que a remoção de areia vem primeiro

Uma estação pode operar por anos sem desarenador e ainda atender aos seus limites de lançamento. Ainda assim, a remoção de areia fica na frente, porque o que uma estação não consegue é evitar pagar pela areia em outro lugar. Os custos chegam em cinco lugares.

• Bombas. A areia é abrasiva: desgasta rotores, carcaças e selos mecânicos, e encurta o intervalo entre revisões nas bombas que carregam toda a vazão.
• Tanques e canais. A areia sedimenta onde a velocidade cai: curvas de canal, o piso de um tanque de aeração, os cantos de uma bacia. O volume que ela ocupa é volume de tratamento pago que não pode ser usado, e removê-la depois significa tirar o tanque de serviço.
• Linhas de lodo e volume de digestor. A areia viaja com o lodo e se acumula no digestor até que ele precise ser limpo, o que é caro e tira a unidade de operação.
• Equipamentos de desidratação. Mantas filtrantes, roscas e correias não toleram areia, e o modo de falha é desgaste, e não um aviso.
• Destinação. A areia que foi retirada ainda precisa ser manuseada e destinada, e areia que é em sua maior parte matéria orgânica e água é volume que você paga para mover duas vezes.

O último ponto é a razão de a remoção precisar ser seguida de lavagem ou classificação: um contentor de areia que cheira mal e é metade matéria orgânica colocou várias vezes seu próprio peso de material orgânico em uma caçamba.

Onde fica um desarenador em uma estação de tratamento de esgoto

Um desarenador pertence à entrada da estação, e sua posição é decidida por duas coisas: ele precisa estar à frente do equipamento que protege e onde a vazão ainda tem energia suficiente para ser controlada. A sequência usual é gradeamento grosso, gradeamento fino, o desarenador, medição de vazão e então a linha de processo. Onde a vazão precisa ser elevada a partir de uma câmara de entrada, o desarenador vai à frente dessas bombas, se o arranjo permitir.

Duas consequências decorrem disso. Retirar a areia a montante das bombas muda a seleção das bombas, e onde a areia não pode ser retirada primeiro as bombas precisam tolerá-la. A entrada também é um único projeto hidráulico, e não três: grades, desarenador e medição de vazão compartilham um canal, um nível de água e um conjunto de velocidades, e uma mudança em qualquer um deles move os outros.

Desarenador aerado e as alternativas

Os tipos de câmara diferem em como mantêm a areia sedimentando enquanto mantêm a matéria orgânica em suspensão.

• Desarenador de fluxo horizontal. Um canal longo com velocidade controlada e um poço de areia na extremidade oposta. A velocidade precisa ser baixa o bastante para a areia sedimentar e alta o bastante para carregar os sólidos orgânicos adiante, uma faixa estreita da qual a vazão não para de empurrar o processo para fora.
• Desarenador aerado. O ar liberado ao longo de um lado faz a vazão rolar em espiral, de modo que a areia é lançada para o lado externo e sedimenta, enquanto a matéria orgânica mais leve é levada adiante. O ar também lava a areia. A taxa de ar precisa ser ajustada à vazão: na taxa errada, a câmara ou carrega a areia adiante ou sedimenta matéria orgânica junto com ela.
• Desarenador de vórtice. A vazão é forçada a girar em uma bacia cônica, e a areia se concentra no fundo, de onde uma pequena quantidade é extraída. Os projetos em uso comum colocam poucas ou nenhuma peça móvel abaixo da linha de água, e é por isso que são populares em locais sem operador.
• Tanque de detritos e unidades combinadas. Um desarenador e um classificador em uma única unidade, ou gradeamento e remoção de areia em um canal fabricado único. Muitas vezes é a resposta certa onde a entrada precisa ser compacta ou precisa chegar como pacote.

A escolha decorre da faixa de vazão, da areia esperada e da atenção de operador que o local consegue dar, e não de qual tipo é mais comum: uma câmara que precisa de controlador de velocidade, raspador de gordura e verificação diária combina mal com um local sem ninguém.

Dimensionar um desarenador, e as duas velocidades em tensão

A premissa da remoção de areia é um compromisso que o projeto precisa declarar: retirar as partículas densas até um tamanho escolhido e levar tudo o que é mais leve adiante para o estágio biológico. Duas velocidades estão em tensão. Devagar demais, e os sólidos orgânicos sedimentam com a areia e o sistema de manejo recebe uma carga que não consegue lavar; rápido demais, e a areia passa direto e a câmara não faz nada.

Números geralmente citados para uma câmara de fluxo horizontal são velocidade horizontal da ordem de 0.3 m/s com tempo de detenção da ordem de 40 a 60 segundos. Leia-os como um método de partida, e não como uma especificação. Eles descrevem uma câmara operando com vazão próxima ao seu valor de projeto: com metade dessa vazão a velocidade cai pela metade, a matéria orgânica sedimenta e a câmara tem desempenho pior que no pico. É por isso que o pico, e não a média, é o número contra o qual uma câmara é verificada, e o gráfico do fator de pico cobre como uma média se torna um pico.

Como determinar os números para um local: sedimente uma amostra do material que chega à entrada e leia nela a distribuição de tamanhos e a massa específica. Onde a rede é incomum — um sistema combinado que carrega areia de rua, ou uma bacia contribuinte com obra a montante —, essa medição muda a resposta mais do que qualquer tabela, e o mecanismo de remoção, a inclinação do poço e o classificador são então dimensionados pelo mesmo número.

A entrada da estação como uma única função

A entrada é o único ponto de uma estação em que a vazão ainda é bruta e nada a jusante foi protegido. Gradeamento, remoção de areia, remoção de gordura onde ela é necessária e medição de vazão costumam ser tratados como um único projeto, porque compartilham o mesmo canal e o mesmo nível de água, e porque o modo de falha de cada um é uma carga passada ao seguinte. O espaçamento entre barras de uma grade muda o que chega ao desarenador; o nível do piso da câmara muda a altura disponível para o resto da estação.

Onde a entrada precisa ser compacta, ou chegar como unidade fabricada em fábrica, as funções costumam ser combinadas em um único canal fabricado. A página de gradeamento e microfiltração descreve o lado do gradeamento desse arranjo, incluindo a grade mecanizada e o microfiltro rotativo a jusante dela.

Erros comuns

• Dimensionar a câmara pela vazão média. Ela é menos eficaz em vazão baixa, onde a matéria orgânica sedimenta, e menos protetora em vazão alta, onde a areia passa direto.
• Tratar a remoção de areia como gradeamento. As duas funções retiram material diferente, e uma câmara projetada como grade não faz nenhuma das duas.
• Deixar lavagem e classificação fora do escopo. Areia que sai com matéria orgânica junto é volume, odor e custo de destinação.
• Projetar a câmara sem o equipamento de manejo de areia: o classificador, a drenagem, a caçamba e o espaço para trabalhar.
• Ignorar a gordura: ela chega com a areia, reveste o mecanismo de remoção e o classificador, e precisa de uma decisão própria.
• Tomar um número de carga de areia de outro projeto: o tipo de rede, a areia jogada nas ruas e a obra a montante o movem por um fator, e não por uma porcentagem.
• Esquecer o acesso de manutenção, quando o desarenador é uma das poucas unidades que uma estação espera abrir e esvaziar.

Autoverificação antes de a câmara ser fixada

• O pico contra o qual a câmara é verificada é o pico desta estação?
• O caso de vazão baixa foi verificado além do caso de vazão alta?
• A meta de remoção está declarada como tamanho de partícula e massa específica, e não como tipo de câmara?
• O número de carga de areia se baseia nesta rede e é medido, em vez de presumido?
• O desarenador está a montante das bombas que protege e, se não, as bombas foram selecionadas para areia?
• A areia é lavada ou classificada antes de ir para o contentor, e a água de lavagem foi contabilizada?
• Existe uma decisão sobre a gordura, e um destino para ela?
• A entrada da estação foi verificada como um único projeto hidráulico, em termos da altura que ela custa ao resto da estação?

Da entrada à linha de processo

A entrada existe para entregar ao processo uma vazão que ele consiga tratar: sem trapos, sem areia, sem gordura e em uma taxa que a unidade seguinte consiga aceitar. A página de gradeamento e microfiltração cobre a função de gradeamento, as páginas de decantação cobrem a função de sólidos sedimentáveis atrás dela, e o guia de seleção e dimensionamento toma a vazão de projeto e o padrão de lançamento e os transforma em uma linha. Onde a entrada inteira é comprada como uma única unidade fabricada, o arranjo das câmaras, a carga de manejo de areia e a água de lavagem necessária são confirmados com a fábrica para a sua vazão de projeto e o seu tipo de rede, e não presumidos de uma tabela.