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 C term /100 ml 7 - Média do mês mais frio na região t = 12 o C; - 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 . L f ) 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 m 3 /dia; V = 24.000 L = 24 m³
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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).
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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
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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
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
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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
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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
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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
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.
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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:
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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)
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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.
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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:
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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.
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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,