As águas residuais contêm grandes sólidos e areia que podem afetar o processo de tratamento e levar ao desgaste mecânico e ao aumento da manutenção do equipamento. Para minimizar possíveis problemas, estes materiais devem ser manuseados separadamente. Através de processos de tratamento primário, incluindo instalações como telas, coletores de areia e bacias de decantação, estes componentes do fluxo de águas residuais que entram nas estações podem ser removidos.
Armadilhas de areia
As impurezas mecânicas nas águas residuais incluem areia, escória ou outros materiais sólidos com uma gravidade específica mais elevada do que os componentes sólidos orgânicos biodegradáveis. Esta categoria também inclui seixos, cascas de ovos, sementes, partículas metálicas, etc. A remoção desses materiais evita desgastes indesejados em equipamentos mecânicos, formação de incrustações em tubulações e canais, acúmulo de areia em reatores anaeróbicos e bacias de aeração. Os coletores de areia geralmente precedem os clarificadores primários e são instalados após as grades nas estações de tratamento de águas residuais. Para instalações de tratamento secundário que não incluem clarificadores primários, os coletores de areia devem ser instalados antes dos sistemas de aeração.
Espécies
Existem vários tipos de armadilhas de areia – aeradas, de fluxo de vórtice ou horizontal, bacias de retenção e hidrociclones. Vários fatores devem ser considerados na seleção de uma instalação, como a quantidade e as características das impurezas mecânicas, os potenciais efeitos negativos nos processos posteriores, os requisitos de espaço, a eficiência do tratamento, o conteúdo orgânico e o custo. O tipo selecionado de sistema de retenção de areia para uma estação de tratamento específica deve fornecer um equilíbrio ideal entre todos os fatores listados.
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Em coletores de areia aerados, as impurezas mecânicas são removidas colocando as águas residuais em um fluxo em espiral. O ar entra por um lado da instalação, causando o movimento em espiral do fluxo de água que passa pelo tanque. Partículas mais pesadas são aceleradas e desviadas do fluxo, caindo para o fundo.
Os coletores de areia Eddyflow consistem em um tanque cilíndrico no qual o fluxo de águas residuais entra tangencialmente. A areia deposita-se sob a ação da gravidade no fundo do tanque e a água purificada sai da instalação pela extremidade superior. A areia sedimentada pode ser removida com uma bomba.
Bacias de detenção (ou caixas de areia quadradas) são tanques de decantação com nível constante nos quais as águas residuais permanecem por um curto período de tempo.
As plantas de fluxo horizontal são o tipo mais antigo de coletores de areia em que a areia é separada mantendo uma velocidade constante de fluxo de água de 0,3 m/s. A velocidade é controlada por overflows. Nestes sistemas, as partículas de areia mais pesadas depositam-se no fundo do canal, enquanto os componentes orgânicos mais leves permanecem suspensos. A areia é retirada por uma esteira com caçambas ou mecanismos coletores. Em estações de tratamento de águas residuais menores, os coletores de areia são frequentemente limpos manualmente.
Os sistemas de hidrociclones são geralmente usados para separar impurezas mecânicas de componentes orgânicos ou para remover areia de lodo primário. Às vezes, os hidrociclones são usados para remover diretamente areia e sólidos em suspensão de águas residuais, bombeando a uma altura manométrica entre 3,7 e 9 m. Areia mais pesada e partículas suspensas são coletadas nas superfícies laterais e no fundo do ciclone devido às forças centrífugas geradas, enquanto os componentes mais leves são removidos do centro do fluxo da extremidade superior da instalação.
Como há uma variedade de equipamentos disponíveis, é importante que um coletor de areia com o projeto mais adequado seja selecionado para a estação específica. Embora possam ser encontradas semelhanças entre diferentes tipos de equipamentos, um design escolhido inadequadamente pode levar a um processo de purificação ineficaz.
Recursos de design
Em relação aos coletores de areia, as impurezas mecânicas são definidas como partículas com diâmetro superior a 0,21 mm e gravidade relativa superior a 2,65. No passado, os equipamentos eram tradicionalmente projetados com base na eficiência de remoção de 95% dessas partículas. No entanto, muitos coletores de areia modernos oferecem a capacidade de remover 75% das partículas com diâmetro de 0,15 mm.
O tempo de permanência das águas residuais em caixas de areia aeradas geralmente varia entre 2 e 5 minutos. Se a vazão de ar for excessivamente alta, a eficiência de remoção de areia diminuirá, e se a vazão de ar for muito baixa, a taxa de remoção de material orgânico aumentará. Uma taxa de fluxo de ar adequadamente ajustada pode fornecer quase 100% de eficiência de remoção para partículas do tamanho desejado.
Existem dois tipos de coletores de areia com fluxo de vórtice – com fundo plano e pequeno orifício para coleta de areia e com fundo inclinado com grande orifício para remoção de impurezas mecânicas da moega. O fluxo de água que entra na instalação deve ser reto e suave, de modo que o comprimento do canal de entrada seja geralmente 7 vezes a sua largura. A velocidade ideal das águas residuais varia entre 0,6 e 0,9 m/s. Deve-se manter sempre uma velocidade mínima de 0,15 m/s, pois em valores mais baixos as partículas de areia não conseguirão ser arrastadas com a água da instalação.
As bacias de detenção devem ser projetadas para manter valores mínimos de velocidade de fluxo e turbulência em tempos de residência inferiores a um minuto. A eficiência do tratamento destas instalações depende da boa distribuição do fluxo na bacia de sedimentação.
O comprimento dos coletores de areia de fluxo horizontal é determinado pela taxa de sedimentação das partículas alvo e pela relação entre a profundidade do efluente e os vertedouros. No projeto dessas instalações são levadas em consideração a turbulência do fluxo na entrada e na saída, bem como a tremonha de armazenamento de areia e os equipamentos de remoção de areia. A seção transversal do canal é determinada com base na vazão da água e no número de canais.
Operação e manutenção
A areia coletada deve ser removida do coletor de areia, depois desidratada, lavada e transportada para um local de descarte. Normalmente, a remoção de areia é automatizada usando transportadores helicoidais ou tubulares inclinados, elevadores de caçamba de corrente, garras de mandíbula dupla ou bombas. Às vezes, é aplicada a remoção de areia em dois estágios, nos quais as impurezas mecânicas são primeiro movidas horizontalmente através de um canal até uma tremonha e depois raspadas.
Os coletores de areia aerados normalmente usam transportadores helicoidais horizontais que alimentam a areia depositada em uma tremonha. Uma alternativa a esta solução é a utilização de um mecanismo de corrente localizado na parte inferior da instalação.
A areia removida é lavada em hidrociclone ou classificador para facilitar os processos posteriores e remover a matéria orgânica. A areia é então alimentada diretamente em um caminhão ou tremonha de armazenamento, de onde é transportada para um aterro ou instalação de descarte.
