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58
10.5 - Decantação 1 Coagulação Floculação DECANTAÇÃO Filtração Flotação Filtração Filtração Sedimentação dos flocos formados na mistura lenta Processo de separação sólido-líquido que tem como força propulsora a ação da gravidade Serão removidas por filtração TH028 - Saneamento Ambiental I

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10.5 - Decantação

1

Coagulação Floculação

DECANTAÇÃO Filtração

Flotação Filtração

Filtração

Sedimentação dos flocos formados na mistura lenta

Processo de separação sólido-líquido que tem como força propulsora a ação da gravidade

Serão removidas por filtração

TH028 - Saneamento Ambiental I

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CLASSIFICAÇÃO DOS PROCESSOS DE SEDIMENTAÇÃO

• Sedimentação discreta (Tipo 1) – As partículas permanecem com

dimensão e velocidades constantes ao longo do processo de sedimentação.

• Sedimentação floculenta (Tipo 2) – As partículas se aglomeram e aumenta

sua dimensão e velocidade ao longo do processo de sedimentação.

• Sedimentação em zona (Tipo 3) – As partículas sedimentam em massa (i.e.,

adição de cal). As partículas ficam próximas e interagem.

• Sedimentação por compressão (Tipo 4) – As partículas se compactam como lodo.

3 TH028 - Saneamento Ambiental I

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Sedimentação Discreta (Tipo I)

A dimensão física da partícula

permanece inalterada durante o

seu processo de sedimentação

gravitacional

B

H

L

1

Vh

Vsc

4 TH028 - Saneamento Ambiental I

velocidade de

sedimentação

constante

Propriedade da Sedimentação Discreta

Vs >Vsc Vs <Vsc

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Sedimentação Discreta (Tipo I)

B

H

L

1

Vh

Vs

tLVh /

tHVS / L

HVV h

S

.

HB

Q

A

QVh

.

As partículas permanecem com dimensões e velocidades constantes ao longo do processo de sedimentação, não ocorrendo interação entre as mesmas

s

SA

Q

LB

QV

.

LHB

HQVS

..

.

sA

Qq

Taxa de aplicação superficial (TAS)

5

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Análise do Equacionamento Matemático

SV

qVs

Vs=Velocidade de sedimentação (m/s)

q=TAS=Taxa de aplicação superficial (m3/m2/dia)

► TAS é função somente da geometria do decantador, portanto, é um parâmetro de projeto

► Vs é uma propriedade da partícula, podendo esta ser manipulada mediante a operação dos processos de coagulação-floculação

6 TH028 - Saneamento Ambiental I

Sedimentação Discreta (Tipo I)

sA

Qq

Partículas com Vs superiores a q

serão removidas durante o

processo de sedimentação

gravitacional

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Floculação e Sedimentação

Diâmetro das

partículas

Fre

qu

ênci

a r

elati

va

Água bruta

Água coagulada

Diâmetro crítico

Se Vs > q, todas as

partículas com diâmetro

superior a dc serão

removidas

dc apresenta Vs

7 TH028 - Saneamento Ambiental I Fonte: EPUSP

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Floculação e Sedimentação

Diâmetro das

partículas

Fre

qu

ênci

a r

elati

va

Água bruta

Água coagulada Água floculada

Diâmetro crítico

dp > dc

Partículas

sedimentáveis

8 TH028 - Saneamento Ambiental I Fonte: EPUSP

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SEDIMENTAÇÃO FLOCULENTA (TIPO II)

• Partículas se agregam ao longo do processo de sedimentação

– velocidade de sedimentação das partículas não é mais constante

• Com o aumento do diâmetro das partículas

– aumento de sua velocidade de sedimentação ao longo da altura

TH028 - Saneamento Ambiental I 9

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Propriedade da Sedimentação Floculenta

B

H

L

1 Vh

Vs

10 TH028 - Saneamento Ambiental I

Sedimentação Floculenta (Tipo II)

A dimensão física da partícula é

alterada durante o seu processo

de sedimentação gravitacional

(floculação por sedimentação

diferencial)

velocidade de

sedimentação

variável

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Tipos de decantadores em ETA

• Em função da direção do escoamento: – horizontal – vertical

• Em função do princípio de funcionamento: – convencional ou clássico (esc.

Turbulento) • Simples • Mecanizados

– Alta taxa, tubular, de placas (esc. Laminar)

11 TH028 - Saneamento Ambiental I

Sedimentação Floculenta (Tipo II)

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12

Zona de turbilhonamento

É a zona situada na entrada da água, observa-se nesta zona uma certa agitação onde a localização das partículas é variável.

Zona de decantação

Nesta zona não há agitação e as partículas avançam e descem lentamente.

Zona de ascensão

Os flocos que não

alcançam a zona de

repouso seguem o

movimento da água

e aumentam a

velocidade.

Zona de repouso

É onde se acumula

o lodo. Esta zona

não sofre

influência da

corrente de água

do decantador em

condições normais

de operação.

TH028 - Saneamento Ambiental I

Sedimentação Floculenta (Tipo II)

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Decantador – Seção retangular

TH028 - Saneamento Ambiental I 13

Fonte: CARLOS EDUARDO F MELLO (UFOP)

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Decantador - Seção circular

TH028 - Saneamento Ambiental I 14

Fonte: CARLOS EDUARDO F MELLO (UFOP)

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DECANTADORES CONVENCIONAIS ETA GUARAÚ (SABESP)

15 TH028 - Saneamento Ambiental I

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Decantadores !!!

SEDIMENTAÇÃO GRAVITACIONAL

Fonte: EPUSP 16 TH028 - Saneamento Ambiental I

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TH028 - Saneamento Ambiental I 17

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Fonte: EPUSP 18 TH028 - Saneamento Ambiental I

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TH028 - Saneamento Ambiental I 19

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Fonte: EPUSP

20 TH028 - Saneamento Ambiental I

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Fonte: EPUSP

21 TH028 - Saneamento Ambiental I

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Decantador Convencional – ETA Iguaçu

Prof. Daniel Costa dos Santos (UFPR)

22 TH028 - Saneamento Ambiental I

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Decantador Convencional – ETA Iguaçu

Prof. Daniel Costa dos Santos (UFPR)

23 TH028 - Saneamento Ambiental I

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DECANTADORES CONVENCIONAIS PARÂMETROS DE PROJETO

► Taxa de aplicação superficial:

20 a 60 m3/m2/dia

(Em função das características de sedimentabilidade do floco, definidas pelas etapas de coagulação-floculação ensaio)

► Altura do decantador: 3 a 5 metros.

► Relação Comprimento/Largura

2,5 < L/B < 10 (usual: L/B 4)

4 < L/h < 25

► Re 20.000 (Verificação)

► Fr 10-5

► Tempo de detenção: 1,5 a 3 h (usual: 2 a 2,5 h)

Valor prático: t = 2 horas

24 TH028 - Saneamento Ambiental I

TAS em função da vazão tratada na ETA (ABNT, 1992):

Vazão tratada na ETA (m³/d)

TAS (m3m-2d-1)

Até 1.000 Até 25

1.000 a 10.000

Até 35 (bom nível operacional) Até 25 (outros casos)

> 10.000 Até 40

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• Número de unidades Q < 10.000 m3/d → mínimo 2 unidades (limpeza) Q > 10.000 m3/d → critérios econômicos (terreno, forma, tamanho)

TH028 - Saneamento Ambiental I 25

Projeto Operação TAS

(m3/m

2.d)

t

(h)

Instalações pequenas

Nova tecnologia

(Floculação)

Nova tecnologia

(Floculação)

Precária

Boa

Excelente

20 - 30

35 - 45

40 - 60

3 - 4

1,5 - 2,5

1,5 – 2,5

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Dimensionamento das calhas de coleta de água decantada

TH028 - Saneamento Ambiental I 26

qHql ..018,0

ql=vazão linear nas calhas de coleta de água decantada (l/s/m) H=altura útil do decantador (m) q=taxa de aplicação superficial no decantador (m3/m2/dia)

Em casos de impossibilidade de ensaio em laboratório da velocidade de sedimentação: Taxa de escoamento linear (vertedor) 1,8 l/s/m

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Exercício: Dimensionamento de unidades de sedimentação

• Dados: – Vazão: 1,0 m3/s

• Adota-se: – Número de unidades de sedimentação: 04

– Profundidade da lâmina líquida=4,5 m

27 TH028 - Saneamento Ambiental I

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12,0 m

45,0 m

2,0 m 1,0 m

9,0 m

Resposta:

TH028 - Saneamento Ambiental I 28

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Decantadores laminares, tubulares ou

de altas taxas de escoamento superficial

29 TH028 - Saneamento Ambiental I

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Decantador convencional de fluxo horizontal

Todas as partículas dotadas de vs>vsc serão removidas, ao

longo do comprimento L durante um determinado tempo T.

30 TH028 - Saneamento Ambiental I

B

H

L

1

Vh

Vsc

Vs >Vsc Vs <Vsc

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Decantadores de andares e de fundo múltiplo

Se for colocada uma bandeja a uma altura H menor que H0, as mesmas partículas poderiam ser removidas num comprimento menor, reduzindo também o tempo necessário para a remoção.

Vx

Vy

H

Vx

Vy

Vx

Vy

H/3

H/3

H/3

L/3

Bandejas

31 TH028 - Saneamento Ambiental I

Problemas: • Aumento da frequência de

remoção do lodo • Não apresentou eficiência

esperada problema no regime do escoamento que interferia no processo de sedimentação (Re entre 2.000 e 20.000

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Decantador de fundo múltiplo

TH028 - Saneamento Ambiental I 32

Fonte: Richter

Decantador de fundo múltiplo

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TH028 - Saneamento Ambiental I 33

Filtros Decantador Floculação Coagulante

5° )

Descarga de água de lavagem

Floculação Filtros Decantador Coagulante

60° )

Descarga de água de lavagem

a)

b)

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34 TH028 - Saneamento Ambiental I

Decantador laminar ou de alta taxa

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Decantadores laminares Canal de Água

Floculada

Escoamento preferencial

Canal de Água Decantada

Descarga de

Lodo

35 TH028 - Saneamento Ambiental I

Prof. Selma Cubas

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DECANTADORES DE FLUXO LAMINAR

38 TH028 - Saneamento Ambiental I

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39 TH028 - Saneamento Ambiental I

Decantadores laminares ou de altas taxas

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TH028 - Saneamento Ambiental I 40

Série de tubos: circulares, quadrados ou hexagonais

Lâminas planas paralelas

Ângulo de inclinação (usualmente entre 50 a 60°)

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Decantador tubular

TH028 - Saneamento Ambiental I 41

Configuração típica

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Montagem

TH028 - Saneamento Ambiental I 42

1 - Montagem

1

Fonte: cidadesaopaulo.olx.com.br/tubos-retangulares

Page 40: 10.5 - Decantação - docs.ufpr.brrtkishi.dhs/TH028/TH028_10_5_Tratamento... · Decantadores laminares, tubulares ou de altas taxas de escoamento superficial TH028 - Saneamento Ambiental

TH028 - Saneamento Ambiental I 43

2

Fonte: cidadesaopaulo.olx.com.br/tubos-retangulares

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TH028 - Saneamento Ambiental I 44

3

Fonte: cidadesaopaulo.olx.com.br/tubos-retangulares

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Decantador de Placas Prof. Daniel Costa dos Santos (UFPR)

45 TH028 - Saneamento Ambiental I

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Decantador de Placas

46 TH028 - Saneamento Ambiental I

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Decantador de Placas

47 TH028 - Saneamento Ambiental I

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TH028 - Saneamento Ambiental I 48

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Decantadores laminares

52 TH028 - Saneamento Ambiental I

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Decantadores laminares

53 TH028 - Saneamento Ambiental I

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TH028 - Saneamento Ambiental I 54

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Decantador tubular adaptado a partir de decantador clássico retangular

TH028 - Saneamento Ambiental I 55

Fonte: CARLOS EDUARDO F MELLO (UFOP)

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Bases teóricas para

dimensionamento dos decantadores de altas taxas

vcs

ve

d

Trajetória crítica

h

vcs,h vcs,v

56

.......

vcs = velocidade crítica de sedimentação ve = velocidade no sentido do escoamento l = comprimento das placas d = distância entre unidades sucessivas de placas paralelas ou diâmetro interno do elemento tubular

coscs

cse

v

senvv

d

l

cshcsve v

d

vv

lt

vcs

ve

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• Sc = constante crítica = fator de eficiência

– Placas planas – S = 1

– Placas onduladas – S =1,3

– Tubos circulares – S = 4/3

– Condutos quadrados – S =11/8

• = ângulo de inclinação das placas ou tubos A eficiência dos decantadores decresce à medida que se aumenta a

inclinação além de 60° • Obs. Manter Re <500 (preferencialmente manter Re<250)

Bases teóricas para dimensionamento dos decantadores de altas taxas

57 TH028 - Saneamento Ambiental I

Eficiência de um sistema de decantação tubular varia com sua configuração segundo um fator S:

cosrsen

vSV ec

cs

Sendo r = l/d

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Canal de água floculada (Canal de acesso ao decantador)

TH028 - Saneamento Ambiental I 58

Velocidade ao longo do canal: • Maior que 0,15 m/s para evitar sedimentação (senão devem ser previstas facilidades para limpeza (declividade, registros de descarga, etc) • No máximo igual à metade da velocidade nas aberturas de entrada nos decantadores

Comportas: • Objetivo: distribuir equitativamente a água no decantador • Gradiente de velocidade (G): menor ou igual à última câmara de floculação

Consultar NBR 12216/92

Seção transversal: • Decrescente ao longo do comprimento

Vianna, 1997

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Cortina distribuidora

TH028 - Saneamento Ambiental I 59

Objetivo: Uniformizar o fluxo de água floculada

Velocidade: • Muito baixa: distribui mal • Muito alta: Quebra o floco

Material: • Alvenaria • Madeira • Concreto

Vianna, 1997

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Cortina distribuidora

TH028 - Saneamento Ambiental I 60

Gradiente de velocidade:

G = gradiente de velocidade (s-1) D = diâmetro do orifício (m) S= espaçamento entre os eixos de dois orifícios adjacentes (m) U = velocidade média de passagem de água através do orifício (m/s) ν= viscosidade cinemática da água (m²/s) x = distância percorrida pelos jatos até que haja interferência entre eles (m)

Vianna, 1997

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TH028 - Saneamento Ambiental I 61

Distância entre orifícios ≤ 0,5 m Distância da entrada = 1,5 H a/A Sendo: H – Altura útil do decantador (m) a – área total dos orifícios (m²) A – Seção transversal do decantador (m²) a/A ≤ 0,5 Gradiente de velocidade nos orifícios ≤ 20 s-1

Se a parede da cortina tiver espessura inferior à dimensão que caracteriza as aberturas de passagem da água, estas devem receber bocais de comprimento pelo menos igual à referida dimensão.

Consultar NBR 12216/92

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Decantador convencional x de alta taxa

Decantador convencional

• Escoamento horizontal

• TAS < 50 m3m-2d-1

• Tempo de residência (θH ): 2-4 h

Decantador de alta taxa

• Introdução de dutos/placas

• TAS 150 m3m-2d-1

• Tempo de residência (θH ): <60min Área menor

Remoção de lodo: • Mecânica ou manual • Frequência=f(conc. de sólidos), mas não pode ser longo demais para não

solubilizar metais/impurezas

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DECANTADORES LAMINARES PARÂMETROS DE PROJETO

► Velocidade de sedimentação: 20 a 60 m/dia

(Em função das características do floco, definidas pelas etapas de coagulação e floculação)

► Ângulo das placas com a horizontal: 60º

► Comprimento da placa: 0,6 a 1,2 metros

► Velocidade de escoamento entre as placas: 15 a 20 cm/min

► Espaçamento entre as placas: 4 a 8 cm

► Altura do decantador: 4 a 6 metros

► Relação Comprimento/Largura 2

► Taxa de escoamento linear (vertedor) 1,8 l/s/m

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qHql ..018,0 ql=vazão linear nas calhas de coleta de água decantada (l/s/m) H=altura útil do decantador (m) q=taxa de aplicação superficial no decantador (m3/m2/dia)

Em casos de impossibilidade de ensaio em laboratório da velocidade de sedimentação

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Referências Bibliográficas

• Richter, Carlos A. 2009. Água – Métodos e Tecnologia de Tratamento. São Paulo: Ed. Blucher.

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