Caixa de areia: como essa etapa pode impactar drasticamente no custo do tratamento de efluentes?

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Nem sempre damos a devida atenção a uma etapa de tratamento que é primordial e influencia no desempenho global do sistema e no custo: tratamento preliminar.

E dentro da etapa preliminar o processo de remoção de areia, que além de importantíssimo reduz o custo do tratamento, quer saber como? Então vamos lá!

Caixa de areia ou canal desarenador é via de regra o segundo processo unitário no tratamento preliminar de efluentes e destina-se a remover partículas inorgânicas suspensas, como matéria arenosa.

Isso geralmente é limitado aos efluentes domésticos e geralmente não é necessário para estação de tratamento de efluentes industriais, pasmem os esgotos domésticos contém em média de 30 a 40 litros de areia por metro cúbico de esgoto.

A caixa de areia é usada para remover além da areia, materiais como cascalho, limalha de ferro e outros sólidos pesados que têm gravidade específica muito maior do que os sólidos orgânicos nos efluentes, estamos falando de material com tamanho que varia de 1 a 4 mm, isso tudo através de sedimentação, sem que haja remoção conjunta de sólidos orgânicos.

Para que serve a caixa de areia?

Como a areia é extremamente abrasiva, a caixa de areia ou canal desarenador tem várias finalidades:

• Proteger da abrasão os equipamentos mecânicos utilizados na ETE;
• Para evitar depósitos ​​em dutos e canais;
• Para facilitar o manuseio e transporte das fases líquida e sólida, ao longo dos componentes da ETE;
• Para reduzir a frequência de limpeza nos tanques a jusante;
• Para reduzir o custo de manutenção em centrífugas;
• Também é inevitável reduzir a carga de areia para a operação segura de trocadores de calor e bombas de diafragma.

Classificação

As caixas de areia são classificadas de acordo com o mecanismo de remoção da areia:

• Caixa de fluxo horizontal constante controlada por Calha Parshall;
• Secção quadrada em planta, com remoção mecanizada de lodo;
• Caixa de areia aerada.

A areia removida nesse processo geralmente é enviada para aterros sanitários.

Caixa de fluxo horizontal

É um canal estreito e aberto com cerca de 10-18 metros de comprimento e profundidade de 1 a 1,3 m.

A velocidade na câmara de areia é mantida de tal forma que a velocidade transportará a maioria das partículas orgânicas através da câmara, mas permitirá a sedimentação de partículas de areia mais pesadas.

Portanto, geralmente é projetado para manter uma velocidade de 0,3 m/s.

Caixa de areia aerada

As unidades aeradas são caracterizadas pela introdução de um dispositivo de aeração, através de ar comprimido, com aspersores localizados próximo ao fundo do tanque, com a finalidade de promover um fluxo helicoidal, de velocidade padrão, com eixo paralelo ao escoamento de efluente na câmara de sedimentação.

As partículas com velocidade de sedimentação maiores sedimentam na câmara e a matéria orgânica e as demais partículas são carregadas pelo fluxo de efluente.

O tempo de detenção hidráulico é um dos parâmetros no projeto das caixas de areia aeradas e está relacionado à vazão máxima instantânea.

Na prática, o período mínimo de 3 minutos é suficiente para reter 90% das partículas.

Forma do tanque

A caixa de areia aerada tem forma prismática com seção horizontal retangular e seção lateral retangular ou quadrada. Recomenda-se uma relação comprimento: largura de 2,5:1 a 5:1; a relação 1:1 tem sido utilizada com sucesso.

A relação largura: profundidade mais comum é de 1:1 com fundo inclinado no sentido do poço de depósito.

A localização dos dispositivos de entrada e saída é bastante importante, devendo ser localizados perpendicularmente ao fluxo de escoamento, sendo dotados de anteparos com a finalidade de dissipar energia e minimizar curtos-circuitos.

Tempo de detenção hidráulico

Está relacionado à vazão máxima instantânea.

Na prática, o período mínimo de 3 minutos é suficiente para reter 90% das partículas com diâmetro de 0,2 mm e densidade igual a 2,6.

Variação 2 a 5 min.

Velocidade do fluxo

A performance da caixa de areia aerada está predominantemente vinculada às velocidades longitudinal e transversal.

A velocidade longitudinal depende principalmente da seção transversal do tanque, e deverá ter valores inferiores a 0,25 m/s.

A velocidade tangencial periférica depende da quantidade de ar introduzido na massa líquida contida no tanque.

Esta velocidade varia ao longo da seção transversal, entre 0 e 0,4 m/s, ao longo da superfície do líquido em escoamento (não deve ultrapassar 0,6 m/s).

Quantidade de ar

O dimensionamento do suprimento de ar deverá adotar, para cada metro de comprimento de tanque, os seguintes valores:

• Quantidade mínima: 0,27 m³/min
• Quantidade máxima: 0,50 m³/min
• Quantidade usual: 0,45 m³/min

O tipo e localização dos difusores têm grande influência no desempenho do processo.

Recomenda-se o emprego de difusores de bolha média e grossa, os quais deverão estar localizados a uma distância do fundo do tanque de 0,6 a 1,0 m.

 Mecanismos de limpeza

As caixas de areia também são classificadas com base no mecanismo de limpeza, são elas:

• Mecânica
• Manual

A areia pode ser lavada após a sua remoção, caso contenha uma quantidade considerável de matéria orgânica pode causar um odor desagradável.

O método de disposição é selecionado com base nas características físicas e químicas de areia, qualidade, disponibilidade de terreno para disposição etc.

Limpeza manual

Deverá obedecer às seguintes fases:

• Medição periódica da camada de areia acumulada;
• Isolamento da caixa de areia que se apresenta com quantidade estabelecida para remoção (50% do líquido em 2/3 do comprimento do canal);
• Drenagem do efluente retido na câmara;
• Remoção da areia isenta de líquido por meio de pás ou enxadas;
• Estimativa da quantidade retida;
• Transporte de material removido para um dos destinos adequados;
• Lavagem da câmara;
• Análise de uma amostra de areia para verificar quantidade de sólidos voláteis;
• Verificação da quantidade de areia nas unidades subsequentes;
• Remoção da areia, se for o caso, retida nas demais unidades de tratamento.

Limpeza mecânica

• Operação similar às operações manuais. Práticas necessárias:
• Manter os equipamentos de acordo com o manual de instrução do fabricante;
• Manter o movimento do equipamento livre de entulho;
• Lavar diariamente as paredes e os raspadores fora do efluente;
• Esvaziar e vistoriar periodicamente a unidade.

 Vantagens e Desvantagens

Vantagens:

• A mesma quantidade de areia removida pode ser mantida para grandes variações de vazão;
• Perda de carga mínima ao longo do tanque;
• Baixo teor de matéria orgânica putrescível na areia removida;
• As condições sépticas podem ser eliminadas ou reduzidas pela pré-aeração, garantindo melhor desempenho das unidades subseqüentes;
• No caso de necessidade de adição de produtos químicos, o tanque pode ser usado como floculador.

Desvantagens:

• Maior consumo de energia elétrica em comparação a outros processos;
• Maior custo de investimento.

Operação e controle

Para que uma caixa obtenha o máximo de rendimento, deverá ser observado o seu funcionamento normal de acordo com as características dos dispositivos instalados.

Outros pontos importantes são:

• Quantidade de material removido por m³ de efluente
• Teor de umidade
• Teor de sólidos voláteis

Medidas de Segurança

Para caixas internas devem ser tomadas as seguintes precauções:

• O ambiente da caixa de areia deve estar sempre ventilado;
• A área deve ser considerada como zona explosiva e como tal deve ser protegida;
• A área deve ser considerada como zona tóxica e precauções adequadas devem ser adotadas de modo a proteger os operadores e os visitantes.

Problemas e Soluções

Sintoma	Causas	Prevenção e Recuperação
Excesso de matéria orgânica no material removido	velocidades demasiadamente baixas tempo de retenção demasiadamente longo	Reduzir a área da seção transversal da câmara utilizada na caixa de areia, das seguintes maneiras: . enchimento, ao longo das paredes do canal, com tijolo, massa, etc. . reajustar o dispositivo de regularização de vazão reduzindo a profundidade do fluxo para vazões normais; . diminuir o número de câmaras usadas até atingir os parâmetros de projeto; . reduzir o comprimento da câmara por meio de deslocamento do vertedor de saída ou dispositivo de entrada.
Arraste de areia no efluente	velocidades demasiadamente altas tempo de retenção demasiadamente curto	. Remoção com maior freqüência da areia acumulada. . Colocar em funcionamento outra unidade de caixa de areia. . Aumentar a área da seção transversal da câmara.