JULIANA SEIXAS PILOTTO

CONTRIBUIES PARA MODELAGEM MATEMTICA

DO COMPORTAMENTO DOS TANQUES SPTICOS

PARA REMOO DE MATRIA ORGNICA

Dissertao apresentada como requisito parcial obteno do grau de Mestre em Engenharia de Recursos Hdricos e Ambiental, Curso de Ps-Graduao em Engenharia de Recursos Hdricos e Ambiental, Setor de Tecnologia, Universidade Federal do Paran.

Orientador: Prof. Daniel Costa dos Santos, Dr.

CURITIBA

2004

JULIANA SEIXAS PILOTTO

CONTRIBUIES PARA MODELAGEM MATEMTICA

DO COMPORTAMENTO DOS TANQUES SPTICOS

PARA REMOO DE MATRIA ORGNICA

Dissertao apresentada como requisito parcial obteno do grau de Mestre em Engenharia de Recursos Hdricos e Ambiental, Curso de Ps-Graduao em Engenharia de Recursos Hdricos e Ambiental, Setor de Tecnologia, Universidade Federal do Paran.

Orientador: Prof. Daniel Costa dos Santos, Dr.

CURITIBA 2004

ii

iii

AGRADECIMENTOS

Ao meu orientador, Daniel Costa dos Santos, que sempre me incentivou e

acreditou no meu potencial para realizar este trabalho, estando sempre disposio.

Ao Professor Eduardo Cleto Pires pela sua gentileza e cordialidade nas minhas

duas visitas So Carlos. Obrigado pela disponibilidade em me receber.

Ao Professor Cristvo Fernandes e Professora Maria Cristina Braga pelos

seus esforos na busca do aprimoramento do nosso curso de Mestrado.

Ao Professor Anselmo Chaves Neto pela ajuda estatstica e pacincia em me

receber.

Aos meus professores do mestrado que foram fundamentais para a concluso

deste trabalho.

Aos amigos da sala de estudos, em especial aos colegas Rosilete Busato e

Dalton Lucio Brasil Pereira Filho.

minha famlia, Pai, Me, Angela e Bernardo, que sempre me incentivaram e

me apoiaram ao longo da realizao deste trabalho.

s minhas queridas irms (SADS), pelas palavras de incentivo e carinho. Em

especial a Fabiola e a Maria Cristina pelas ajudas relmpagos.

A CAPES pelo incentivo financeiro.

A todos que direta ou indiretamente colaboraram para a elaborao deste

trabalho.

iv

Voc v coisas e diz: Por que?; mas eu sonho coisas que nunca existiram e digo:

Por que no? George Bernard Shaw

Experincia no o que acontece com um homem; o que um homem faz com o que lhe acontece.

Aldous Huxley

v

SUMRIO

LISTA DE FIGURAS ................................................................................................... ix LISTA DE TABELAS ................................................................................................. xii LISTA DE QUADROS .................................................................................................xv LISTA DE SIGLAS .................................................................................................... xvi LISTA DE SMBOLOS ............................................................................................. xvii RESUMO ...................................................................................................................xx ABSTRACT ................................................................................................................ xxi 1 INTRODUO............................................................................................................1 2 OBJETIVOS.................................................................................................................5 3 REVISO BIBLIOGRFICA.....................................................................................6 3.1 CONSIDERAES GERAIS SOBRE OS TANQUES SPTICOS .......................6 3.2 HISTRICO DOS TANQUES SPTICOS..............................................................7 3.3 DESCRIO DOS PROCESSOS OCORRENTES NO TANQUE SPTICO .......8 3.3.1 Consideraes Iniciais ............................................................................................8 3.3.2 Abordagem sobre os Processos Bioqumicos.......................................................12 3.3.2.1 Digesto anaerbia ............................................................................................12 3.3.2.1.1 Consideraes iniciais ....................................................................................12 3.3.2.1.2 Fases do processo de digesto anaerbia .......................................................15 3.3.2.2 Cintica das reaes ..........................................................................................25 3.3.2.3 Cintica da digesto anaerbia ..........................................................................28 3.3.2.3.1 Crescimento bacteriano ..................................................................................28 3.3.2.3.2 Crescimento de substrato limite .....................................................................29 3.3.2.3.3 Crescimento bacteriano e Utilizao do substrato .........................................30 3.3.2.4 Balano de Massa ..............................................................................................40 3.3.2.5 Tipos de reatores................................................................................................43 3.3.2.5.1 Fluxo em pisto ..............................................................................................44 3.3.2.5.2 Mistura completa ............................................................................................47 3.3.2.5.3 Fluxo disperso ................................................................................................51 3.3.2.5.4 Clulas em srie..............................................................................................58

vi

3.3.2.5.5 Clulas em paralelo ........................................................................................59 3.3.3 Fenmenos Fsicos ...............................................................................................61 3.3.3.1 Sedimentao discreta .......................................................................................61 3.3.3.2 Sedimentao floculenta....................................................................................64 3.3.3.3 Sedimentao zonal ...........................................................................................65 3.3.3.4 Sedimentao por compresso ..........................................................................65 3.4 DESINFECO EM TANQUES SPTICOS .......................................................66 3.5 EQUACIONAMENTO PRTICO PARA DIMENSIONAMENTO DE TANQUES SPTICOS .................................................................................................73 3.5.1 De acordo com a Norma Brasileira 7229/93 ........................................................73 3.5.2 De acordo com Andrade Neto et al. (1999b) ........................................................76 3.5.3 De acordo com Norma Americana (1995) ...........................................................79 3.5.4 De acordo com All Septic System Information Website .....................................80 3.5.5 De acordo com Norma Inglesa (1979) .................................................................81 3.5.6 De acordo com a Norma Australiana (1995)........................................................81 3.6 CONFIGURAO, CONSTRUO, OPERAO E MANUTENO DOS TANQUES SPTICOS .................................................................................................82 3.6.1 Configurao dos Tanques Spticos.....................................................................82 3.6.2 Construo de Tanques Spticos ..........................................................................85 3.6.3 Operao e Manuteno dos Tanques Spticos ...................................................86 3.7 EXPERINCIA BRASILEIRA NA AVALIAO DE TANQUES SPTICOS .87 3.7.1 Oliveira (1983) .....................................................................................................87 3.7.2 Vieira e Alm Sobrinho (1983a e b) .......................................................................87 3.7.3 Said e Alm Sobrinho (1989) ...............................................................................88 3.7.4 Andrade Neto et al (2000) ....................................................................................90 3.7.5 Valentim et al. (2003)...........................................................................................91 3.8 MODELAGEM DE PROCESSOS ANAERBIOS ..............................................92 3.8.1 Pawlowsky et al. (1983) .......................................................................................93 3.8.2 Jeyaseelan (1997) .................................................................................................93 3.8.3 Masse e Droste (2000)..........................................................................................96 3.8.4 Keshtkar et al. (2003) ...........................................................................................97 4 METODOLOGIA.....................................................................................................101

vii

4.1 DEFINIO E DESENVOLVIMENTO DAS SIMULAES PROSPECTIVAS PARA AVALIAR A ADERNCIA DO COMPORTAMENTO DE TANQUES SPTICOS AOS MODELOS MATEMTICOS.......................................................101 4.1.1 Definio das Configuraes dos Tanques Spticos..........................................101 4.1.2 Definio dos Modelos Hidrulicos ...................................................................102 4.1.3 Definio dos Parmetros de Modelagem..........................................................104 4.1.4 Coleta e Tabulao dos Dados Bibliogrficos: Es