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FLOCULAÇÃO

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FLOCULAÇÃO. Introdução Mecanismos de transporte Floculação Pericinética Floculação Ortocinética Floculação por Sedimentação Diferencial. FLOCULAÇÃO. Gradientes de Velocidade Cinética de Floculação de Suspensões Coloidais Agregação e Ruptura Concepção de Sistemas de Floculação Exercício.

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Presentation Transcript
flocula o
FLOCULAÇÃO
  • Introdução
  • Mecanismos de transporte
  • Floculação Pericinética
  • Floculação Ortocinética
  • Floculação por Sedimentação Diferencial
flocula o1
FLOCULAÇÃO
  • Gradientes de Velocidade
  • Cinética de Floculação de Suspensões Coloidais
  • Agregação e Ruptura
  • Concepção de Sistemas de Floculação
  • Exercício
tratamento convencional de guas de abastecimento

Coagulante

Alcalinizante

Agente oxidante

CAP

Agente oxidante

Polímero

Manancial

Coagulação

Floculação

Sedimentação

Polímero

Agente oxidante

Desinfecção

Correção de pH

Fluoretação

Filtração

Alcalinizante

Flúor

Agente oxidante

Água Final

TRATAMENTO CONVENCIONAL DE ÁGUAS DE ABASTECIMENTO
distribui o de tamanho de part culas em guas naturais
DISTRIBUIÇÃO DE TAMANHO DE PARTÍCULAS EM ÁGUAS NATURAIS

10-3m

Partículas

coloidais

1 m

Partículas

dissolvidas

Partículas em

suspensão

  • Cor real
  • SDT
  • Compostos dissolvidos
  • Turbidez
  • Cor aparente
  • SST

0,45 m

coagulantes empregados em engenharia ambiental
COAGULANTES EMPREGADOS EM ENGENHARIA AMBIENTAL
  • Sulfato de alumínio (sólido ou líquido)
  • Cloreto férrico (líquido)
  • Sulfato férrico (líquido)
  • Cloreto de polialumínio (sólido ou líquido)
  • Coagulantes orgânicos catiônicos (sólido ou líquido)
dosagens de coagulante usualmente empregados no tratamento de guas de abastecimento
DOSAGENS DE COAGULANTE USUALMENTE EMPREGADOS NO TRATAMENTO DE ÁGUAS DE ABASTECIMENTO
  • Sulfato de alumínio (5 mg/l a 100 mg/l)
  • Cloreto férrico (5 mg/l a 70 mg/l)
  • Sulfato férrico (8 mg/l a 80 mg/l)
  • Coagulantes orgânicos catiônicos (1 mg/l a 4 mg/l)
flocula o3
FLOCULAÇÃO
  • Definição: É um processo físico no qual as partículas coloidais são colocadas em contato umas com as outras, de modo a permitir o aumento do seu tamanho físico, alterando, desta forma, a sua distribuição granulométrica
flocula o4

Partículas

Choques

Agregação

Processo Físico

(Transporte)

Estabilidade do Colóide

(Coagulação)

FLOCULAÇÃO
flocula o objetivo
FLOCULAÇÃO:OBJETIVO

Água bruta

Água coagulada

Água floculada

dp > dc Partículas sedimentáveis

Frequência relativa

Diâmetro crítico

Diâmetro das partículas

coalesc ncia e flocula o
COALESCÊNCIA E FLOCULAÇÃO

Coalescência

Floculação

flocula o mecanismos de transporte
FLOCULAÇÃOMECANISMOS DE TRANSPORTE
  • Floculação Pericinética (Movimento Browniano)
  • As partículas coloidais apresentam um movimento aleatório devido ao seu contínuo bombardeamento pelas moléculas de água. A energia propulsora da floculação pericinética é a energia térmica do fluído.
slide13

FLOCULAÇÃOMECANISMOS DE TRANSPORTE

  • Floculação Ortocinética (Gradientes de Velocidade)
  • As partículas são colocadas em contato umas com as outras através do movimento do fluído (Presença de gradientes de velocidade).
flocula o mecanismos de transporte1
FLOCULAÇÃOMECANISMOS DE TRANSPORTE
  • Floculação por Sedimentação Diferencial
  • Partículas coloidais com velocidades distintas podem chocar-se umas com as outras em um elemento de volume.
conceito gradiente de velocidade

dy

dz

dx

CONCEITO: GRADIENTE DE VELOCIDADE

G=Gradiente de velocidade (s-1)

processo de flocula o
PROCESSO DE FLOCULAÇÃO
  • Floculadores hidráulicos
  • Floculadores hidráulicos de fluxo horizontal
  • Floculadores hidráulicos de fluxo vertical
  • Floculador Alabama
  • Floculadores em meio poroso
processo de flocula o1
PROCESSO DE FLOCULAÇÃO
  • Dispositivos mecânicos
  • Agitadores de fluxo radial
  • Agitadores de fluxo axial
  • Agitadores de fluxo radial e axial
c lculo do gradiente de velocidade
CÁLCULO DO GRADIENTE DE VELOCIDADE

Agitadores de fluxo axial

Agitadores de fluxo radial

Fa=força de arraste (N)

v=velocidade (m/s)

Cd=coeficiente de arraste

Ap=área projetada

n=rotação (rps)

D=diâmetro do rotor (m)

P=Potência (W)

c lculo do gradiente de velocidade1
CÁLCULO DO GRADIENTE DE VELOCIDADE

Agitadores de fluxo axial

Fa=força de arraste (N)

v=velocidade (m/s)

Cd=coeficiente de arraste

Ap=área projetada

n=rotação (rps)

D=diâmetro do rotor (m)

P=Potência (W)

unidades de flocula o dimensionamento
UNIDADES DE FLOCULAÇÃODIMENSIONAMENTO
  • Gradientes de velocidade situados entre 80 s-1 e 20 s-1
  • Gradientes de velocidade escalonados e decrescentes de montante para jusante
  • 03 a 05 câmaras de floculação em série
  • Tempo de detenção hidráulico situado entre 20 e 40 minutos (Tratamento convencional)
dimensionamento de sistemas de flocula o
DIMENSIONAMENTO DE SISTEMAS DE FLOCULAÇÃO
  • Vazão: 1,0 m3/s
  • Dimensionamento de floculadores hidráulicos de fluxo vertical
  • Dimensionamento de sistemas de floculação mecanizados
dimensionamento de floculadores hidr ulicos
DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES HIDRÁULICOS
  • Condicionantes de Projeto
  • Tempo de detenção hidráulico = 30 minutos
  • Sistema de floculação composto por três câmaras em série, com gradientes de velocidade escalonados (70 s-1, 50 s-1 e 20 s-1)
dimensionamento de floculadores hidr ulicos1
DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES HIDRÁULICOS
  • Profundidade da lâmina líquida=4,5 m
  • Número de decantadores=04
  • Largura do decantador=12,0 m
  • Será admitido que uma das dimensões do floculador é conhecido, sendo esta função da largura do decantador
dimensionamento de floculadores hidr ulicos3
DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES HIDRÁULICOS
  • Cálculo do volume do floculador
  • Cálculo da área superficial do floculador
dimensionamento de floculadores hidr ulicos4
DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES HIDRÁULICOS
  • Cálculo da largura do floculador
  • Portanto, será admitido um floculador com largura total de 8,4 m, tendo cada canal uma largura individual de 2,8 metros
dimensionamento de floculadores hidr ulicos5

8,4 m

Decantador convencional

12,0 m

2,8 m

DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES HIDRÁULICOS

Floculador

dimensionamento de floculadores hidr ulicos6
DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES HIDRÁULICOS
  • Cálculo do número de espaçamentos entre chicanas em cada câmara de floculação
  • n=número de espaçamentos
  • a=largura do canal do floculador em metros
  • L=comprimento do floculador em metros
  • G=gradiente de velocidade em s-1
  • Q=vazão em m3/s
  • h=tempo de detenção hidráulico em minutos
dimensionamento de floculadores hidr ulicos7
DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES HIDRÁULICOS
  • Cálculo do espaçamento entre chicanas
  • Cálculo das velocidades nos trechos retos e curvas 180o
dimensionamento de floculadores hidr ulicos8
DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES HIDRÁULICOS
  • Quadro resumo dos cálculos iniciais
dimensionamento de floculadores hidr ulicos9
DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES HIDRÁULICOS
  • Cálculo da extensão dos canais
  • Cálculo do Raio Hidráulico
dimensionamento de floculadores hidr ulicos10
DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES HIDRÁULICOS
  • Cálculo das perdas de carga distribuídas
  • Cálculo das perdas de carga localizadas
dimensionamento de floculadores hidr ulicos11
DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES HIDRÁULICOS
  • Cálculo do gradiente de velocidade
dimensionamento de floculadores hidr ulicos12
DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES HIDRÁULICOS
  • Quadro resumo dos cálculos finais
dimensionamento de floculadores mecanizados
DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES MECANIZADOS
  • Condicionantes de Projeto
  • Tempo de detenção hidráulico = 30 minutos
  • Sistema de floculação composto por três câmaras em série, com gradientes de velocidade escalonados (70 s-1, 50 s-1 e 20 s-1)
slide54

DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES MECANIZADOS

  • Profundidade da lâmina líquida=4,5 m
  • Número de decantadores=04
  • Largura do decantador=12,0 m
  • Será admitido que uma das dimensões do floculador é conhecido, sendo esta função da largura do decantador
dimensionamento de floculadores mecanizados2
DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES MECANIZADOS
  • Cálculo do volume do floculador
  • Cálculo da área superficial do floculador
dimensionamento de floculadores mecanizados3
DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES MECANIZADOS
  • Cálculo da largura do floculador
  • Portanto, será admitido um floculador com largura total de 8,4 m, tendo cada canal uma largura individual de 2,8 metros
dimensionamento de floculadores mecanizados4
DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES MECANIZADOS
  • O sistema de floculação será composto por três reatores em série e três em paralelo, o que irá proporcionar um total de 09 câmaras de floculação
  • Cálculo do volume de cada câmara de floculação
dimensionamento de floculadores mecanizados5
DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES MECANIZADOS
  • Cálculo da potência a ser introduzida no volume de líquido
  • Dimensionamento do sistema de agitação
dimensionamento de floculadores mecanizados6
DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES MECANIZADOS
  • Seleção do sistema de agitação
dimensionamento de floculadores mecanizados7
DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES MECANIZADOS
  • Diâmetro do rotor selecionado
  • Cálculo da velocidade periférica
dimensionamento de floculadores mecanizados8
DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES MECANIZADOS
  • Quadro resumo dos cálculos finais
dimensionamento de floculadores mecanizados9
DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES MECANIZADOS

8,4 m

Decantador convencional

12,0 m

Floculador

2,8 m

slide64

CASA DE

QUÍMICA

Canal de água coagulada

LAY-OUT DE ESTAÇÕES DE TRATAMENTO DE ÁGUA

slide65

Canal de água coagulada

CASA DE

QUÍMICA

LAY-OUT DE ESTAÇÕES DE TRATAMENTO DE ÁGUA

slide66

Canal de água coagulada

CASA DE

QUÍMICA

LAY-OUT DE ESTAÇÕES DE TRATAMENTO DE ÁGUA

decanta o sedimenta o
DECANTAÇÃO/SEDIMENTAÇÃO
  • Definição:
  • Processo de separação sólido-líquido que tem como força propulsora a ação da gravidade.
sedimenta o
SEDIMENTAÇÃO

Classificação dos Processos de Sedimentação

  • Sedimentação discreta (Tipo 1)
  • Sedimentação floculenta (Tipo 2)
  • Sedimentação em zona (Tipo 3)
  • Sedimentação por compressão (Tipo 4)
sedimenta o gravitacional
SEDIMENTAÇÃO GRAVITACIONAL
  • Sedimentação Floculenta (Tipo II)
  • Decantadores convencionais de fluxo horizontal
  • Decantadores laminares
velocidade de sedimenta o
Velocidade de Sedimentação

Força de arraste

Empuxo

Peso

tratamento convencional de guas de abastecimento1

Coagulante

Alcalinizante

CAP

Agente oxidante

Agente oxidante

Polímero

Manancial

Coagulação

Floculação

Sedimentação

Polímero

Agente oxidante

Desinfecção

Correção de pH

Fluoretação

Filtração

Alcalinizante

Flúor

Agente oxidante

Água Final

TRATAMENTO CONVENCIONAL DE ÁGUAS DE ABASTECIMENTO
sedimenta o discreta tipo i
SEDIMENTAÇÃO DISCRETA (TIPO I)
  • Sedimentação discreta: As partículas permanecem com dimensões e velocidades constantes ao longo do processo de sedimentação, não ocorrendo interação entre as mesmas
sedimenta o discreta tipo i3

Vh

Vs

Sedimentação Discreta (Tipo I)

1

H

2

B

L

Propriedade da sedimentação discreta: A dimensão física da partícula permanece inalterada durante o seu processo de sedimentação gravitacional, o que significa dizer que a sua velocidade de sedimentação é constante.

flocula o e sedimenta o
Floculação e Sedimentação

Água bruta

Água coagulada

Água floculada

dp > dc Partículas sedimentáveis

Frequência relativa

Diâmetro crítico

Diâmetro das partículas

sedimenta o floculenta tipo ii
SEDIMENTAÇÃO FLOCULENTA (TIPO II)
  • Sedimentação floculenta: a velocidade de sedimentação das partículas não é mais constante, uma vez que as mesmas agregam-se ao longo do processo de sedimentação.
sedimenta o floculenta tipo ii1
SEDIMENTAÇÃO FLOCULENTA (TIPO II)
  • Com o aumento do diâmetro das partículas há, conseqüentemente, o aumento de sua velocidade de sedimentação ao longo da altura.
sedimenta o floculenta tipo ii2

Vh

Vs

Sedimentação Floculenta (Tipo II)

1

H

2

B

L

Propriedade da sedimentação floculenta: A dimensão física da partícula é alterada durante o seu processo de sedimentação gravitacional (floculação por sedimentação diferencial), o que significa dizer que a sua velocidade de sedimentação é variável.

decantadores convencionais par metros de projeto
DECANTADORES CONVENCIONAISPARÂMETROS DE PROJETO
  • Taxa de escoamento superficial: 20 m3/m2/dia a 60 m3/m2/dia.
  • (Função das características de sedimentabilidade do floco, definidas pelas etapas de coagulação-floculação)
  • Altura do decantador: 3,0 metros a 5,0 metros.
decantadores convencionais par metros de projeto1
DECANTADORES CONVENCIONAISPARÂMETROS DE PROJETO
  • Relação Comprimento/Largura  4
  • Taxa de escoamento linear (vertedor)  1,8 l/m/s
  • Re  20.000 (Verificação)
  • Fr  10-5
slide92

CASA DE

QUÍMICA

Canal de água coagulada

LAY-OUT DE ETAsASSOCIAÇÃO FLOCULADORES E DECANTADORES

slide93

Canal de água coagulada

CASA DE

QUÍMICA

LAY-OUT DE ETAs ASSOCIAÇÃO FLOCULADORES E DECANTADORES

slide94

Canal de água coagulada

CASA DE

QUÍMICA

LAY-OUT DE ETAs ASSOCIAÇÃO FLOCULADORES E DECANTADORES

decantadores de fluxo laminar

Vh

Vs

DECANTADORES DE FLUXO LAMINAR

L’

1

H

2

B

H/2

L

02 canais

decantadores de fluxo laminar1

Vh

Vs

DECANTADORES DE FLUXO LAMINAR

L’

1

H

2

B

H/4

L

02 canais

n canais

decantadores de fluxo laminar placas paralelas
DECANTADORES DE FLUXO LAMINAR – PLACAS PARALELAS

V0

Vsh

l

h

Vs

w

Vsv

Trajetória crítica

slide98

DECANTADORES DE FLUXO LAMINAR – PLACAS PARALELAS

Vsh

V0

l

Vsv

h

Vs

w

Trajetória crítica

decantadores de fluxo laminar placas paralelas1
DECANTADORES DE FLUXO LAMINAR – PLACAS PARALELAS

Vsh

V0

l

Vsv

h

Vs

w

Trajetória crítica

convencional x laminar
CONVENCIONAL X LAMINAR

Decantador convencional

Decantador laminar

  • Sc=1 (Placas planas)
  • Sc=4/3 (Tubos circulares)
  • Sc=11/8 (Tubos quadrados)
decantadores laminares par metros de projeto
DECANTADORES LAMINARESPARÂMETROS DE PROJETO
  • Velocidade de sedimentação: 20 m3/m2/dia a 60 m3/m2/dia.
  • (Função das características do floco, definidas pelas etapas de coagulação e floculação)
  • Ângulo das placas com a horizontal: 60o
decantadores laminares par metros de projeto1
DECANTADORES LAMINARESPARÂMETROS DE PROJETO
  • Comprimento da placa: 0,6 metros a 1,2 metros
  • Velocidade de escoamento entre as placas: 15 cm/min a 20 cm/min
  • Espessura entre as placas: 4 cm a 8 cm
decantadores laminares par metros de projeto2
DECANTADORES LAMINARESPARÂMETROS DE PROJETO
  • Altura do decantador: 4,0 metros a 6,0 metros.
  • Relação Comprimento/Largura  2
  • Taxa de escoamento linear (vertedor)  1,8 l/m/s
dimensionamento de unidades de sedimenta o
DIMENSIONAMENTO DE UNIDADES DE SEDIMENTAÇÃO
  • Vazão: 1,0 m3/s
  • Velocidade de sedimentação dos flocos: 40 m/dia
  • Número de unidades de sedimentação: 04
  • Profundidade da lâmina líquida=4,5 m
slide115

DIMENSIONAMENTO DE DECANTADORES CONVENCIONAIS

  • Verificação do tempo de detenção hidráulico
slide116

DIMENSIONAMENTO DE DECANTADORES CONVENCIONAIS

  • Definição da geometria do decantador

Admitindo uma relação entre L/B igual a 4, tem-se que:

slide117

DIMENSIONAMENTO DE DECANTADORES CONVENCIONAIS

  • Verificação da taxa de escoamento superficial
  • Cálculo da velocidade horizontal
slide118

DIMENSIONAMENTO DE DECANTADORES CONVENCIONAIS

  • Cálculo do Raio Hidráulico
  • Cálculo do Número de Reynolds
slide119

DIMENSIONAMENTO DE DECANTADORES CONVENCIONAIS

  • Dimensionamento das calhas de coleta de água decantada

ql=vazão linear nas calhas de coleta de água decantada (l/s/m)

H=altura útil do decantador (m)

q=taxa de escoamento superficial no decantador (m3/m2/dia)

slide120

DIMENSIONAMENTO DE DECANTADORES CONVENCIONAIS

  • Dimensionamento das calhas de coleta de água decantada

Valor de projeto adotado: 2,5 l/s/m

slide121

DIMENSIONAMENTO DE DECANTADORES CONVENCIONAIS

  • Cálculo do comprimento total de vertedor

Valor de projeto adotado: 2,5 l/s/m

slide122

DIMENSIONAMENTO DE DECANTADORES CONVENCIONAIS

  • Cálculo do comprimento total de vertedor

Admitindo que o comprimento da calha de coleta de água de lavagem não exceda a 20% do comprimento do decantador, tem-se que:

slide123

DIMENSIONAMENTO DE DECANTADORES CONVENCIONAIS

  • Cálculo do número de calhas

Portanto, vamos adotar um total de 06 calhas, com 9,0 metros de comprimento

slide124

DIMENSIONAMENTO DE DECANTADORES CONVENCIONAIS

  • Cálculo do espaçamento entre as calhas
filtra o
FILTRAÇÃO
  • Perda de carga em sistemas de filtração
  • Fluidificação e expansão de meios filtrantes
  • Lavagem de meios filtrantes
  • Dimensionamento de sistemas de filtração
flocula o sedimenta o e filtra o
FLOCULAÇÃO, SEDIMENTAÇÃO E FILTRAÇÃO

Água bruta

Água coagulada

dc apresenta Vs

Se Vs > q, todas as partículas com diâmetro superior a dc serão removidas

Frequência relativa

Diâmetro crítico

Diâmetro das partículas

flocula o sedimenta o e filtra o1
FLOCULAÇÃO, SEDIMENTAÇÃO E FILTRAÇÃO

Água bruta

Água coagulada

Água floculada

dp > dc Partículas sedimentáveis

Frequência relativa

Diâmetro crítico

Diâmetro das partículas

slide130

LAY-OUT DE ETAs ASSOCIAÇÃO FLOCULADORES E DECANTADORES

F1

F2

F8

CASA DE

QUÍMICA

Canal de água coagulada

slide133

F1

F5

F2

F6

Canal de água coagulada

CASA DE

QUÍMICA

LAY-OUT DE ETAs ASSOCIAÇÃO FLOCULADORES E DECANTADORES

filtra o1
FILTRAÇÃO

Definição:Processo de separação sólido-líquido utilizado para promover a remoção de material particulado presente na fase líquida.