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P r o f a . M A R G A R I T A M ª . D U E Ñ A S O R O Z C O

m a r g a r i t a . u n i r @ g m a i l . c o m

COAGULAÇÃO

INTRODUÇÃO

Processos de tratamento de água

CLARIFICAÇÃO

DESINFECÇÃO

FLUORETAÇÃO

CONTROLE DE CORROSÃO

Remoção de sólidos

Eliminação de microorganismos

Prevenção de cárie

Aspectos econômicos

INTRODUÇÃO

INTRODUÇÃO

Com Coagulação Química

(Filtração direta e Trat. Convencional)

x

Sem Coagulação Química

(Filtração lenta)

Tecnologias de Tratamento

Adição de coagulante na ETA Guaraú - SABESP

TRATAMENTO CONVENCIONAL

Clarificação

+

Filtração

+

Desinfecção

COAGULAÇÃO +

FLOCULAÇÃO +

DECANTAÇÃO/FLOTAÇÃO

INTRODUÇÃO

INTRODUÇÃO

ÁGUA BRUTA ÁGUA TRATADA

Operações físicas unitárias: métodos de tratamento no qual predomina a aplicação de forças físicas, como por exemplo, em unidades de sedimentação, filtração e flotação

Processos químicos unitários: métodos de tratamento nos quais a remoção de materiais ocorre pela adição de produtos químicos ou devido a reações químicas, como por exemplo, nos processos de adsorção e desinfecção

NBR 12216 (1992) – Projeto de estação de tratamento de água para abastecimento público

INTRODUÇÃO

INTRODUÇÃO

IMPUREZAS - Part. coloidais - Substâncias húmicas - Organismos

INTRODUÇÃO

IMPUREZAS - Part. Coloidais - Substancias húmicas - Organismos

REPULSÃO

INTRODUÇÃO

REMOÇÃO DE IMPUREZAS

Alterar características

PROCESSOS Coagulação Floculação

Sedimentação – flotação Filtração

COAGULAÇÃO

PROCESSO FÍSICO-QUÍMICO, DE

CURTA DURAÇÃO, NO QUAL AS

PARTÍCULAS COLOIDAIS, DE CARGA

PREDOMINANTEMENTE NEGATIVA,

SÃO DESESTABILIZADAS PELA AÇÃO

DO COAGULANTE.

Geralmente realizada por SAIS: - De alumínio - De ferro

Coagular: Converter em sólido

COAGULAÇÃO

FENÓMENOS:

QUÍMICO

REAÇÕES DO COAGULANTE COM A

ÁGUA

DISPERSÃO DOS SAIS DE FERRO E

ALUMÍNIO FORMAÇÃO DE

ESPÉCIES HIDROLISADAS COM

CARGA POSITIVA FUNÇÃO DA

DOSAGEM (concentração do metal)

E pH FINAL DA MISTURA

;

COAGULAÇÃO

COAGULAÇÃO

FENÓMENOS:

FÍSICO

TRANSPORTE DESTAS ESPÉCIES

FUNÇÃO DO Gm E Tm

CONTATO COM AS PARTÍCULAS

COLOIDAIS

;

COAGULAÇÃO

FENÓMENOS:

FÍSICO

Partículas Choques Agregação

Processo Físico

(Transporte)

Estabilidade do Colóide

(Coagulação)

COAGULAÇÃO

Depende das características da água a ser tratada. Importante conhecer:

pH,

Alcalinidade ,

Cor ,

Turbidez,

Temperatura ,

Condutividade elétrica ,

Tamanho e distribuição do tamanhos das partículas em estado coloidal e em suspensão.

COAGULAÇÃO

COAGULAÇÃO

Objetivos:

Turbidez

Cor verdadeira e aparente

Substâncias (odor, sabor)

Micro-organismos

Algas e plâncton

Precipitados químicos

Fosfatos

COAGULANTES

REAGENTES UTILIZADOS Coagulantes: compostos, geralmente de ferro ou alumínio.

Capazes de produzir hidróxidos gelatinosos insolúveis e englobar as impurezas.

Alcalinizantes: capazes de conferir a alcalinidade necessária à coagulação (cal viva - óxido de cálcio; hidróxido de cálcio; hidróxido de sódio – soda caustica; carbonato de sódio – barrilha).

Coadjuvantes: capazes de formar partículas mais densas e tornar os flocos mais lastrados (argila, sílica ativa, polieletrólitos, etc.)

COAGULANTES

FUNÇÕES DOS COAGULANTES

Desestabilizar, agregar, aderir os coloides

Adição de cátions de alumínio e ferro

CARACTERÍSTICAS DE UM BOM COAGULANTE

Reagir com álcali produzindo hidróxidos

Produzir íons positivos que neutralizem as cargas elétricas dos coloides

Custo acessível e disponibilidade

Compatível com pH da água

APLICAÇÃO DE COAGULANTES

Dispositivos/estruturas de mistura rápida

COAGULANTES

Coagulante Faixas de pH Vantagens

Sulfato de alumínio Al2(SO4)3

5 a 8 fácil de transportar, manejar e comprar; custo é baixo;

Sulfato ferroso clorado FeCl3 x Fe2(SO4)3

- Acima de 4 águas que apresentam pH baixo

Sulfato ferroso Fe2(SO4)3

-

8,5 a 11 águas que apresentam pH alto

Sulfato férrico Fe2(SO4)3

- 5 a 11 águas altamente coloridas ou ácidas

Cloreto férrico FeCl3 x 6H2O

5 a 11

produz bons flocos em amplo intervalo de pH

Aluminato de sódio Abaixo de 6 empregado juntamente com a cal, para abrandamento de águas

Auxiliares de Coagulação: Cal Hidratada [Ca(OH)2]; Cal Virgem (CaO);

Soda Cáustica (NaOH); Barrilha (Na2CO3); Ácidos; Polieletrólitos; Sílica

ativada

COAGULANTES

Sulfato de alumínio

COAGULANTES

Cloreto férrico

COAGULANTES

FATORES QUE INFLUENCIAM NA

COAGULAÇÃO

Tipo de coagulante

Dosagens

Uniformidade de aplicação de

produtos químicos

MECANISMOS DE COAGULAÇÃO

Considera-se coagulação como resultado individual ou combinado da ação de quatro mecanismos distintos:

Compressão da dupla camada elétrica;

Adsorção-desestabilização;

Varredura;

Formação de pontes químicas.

MECANISMOS DE COAGULAÇÃO

Influência do pH e da

dosagem do coagulante

na formação das espécies

hidrolisadas de alumínio e

na definição do

mecanismo de

coagulação

Regiões importantes;

1 – Adsorção

2 – Reestabilização

3 – Varredura

4 – Combinação

4

3

2

1

Regiões de

coagulação quando

é utilizado sulfato

de alumínio.

MECANISMOS DE COAGULAÇÃO

Representação esquemática da formação de pontes químicas com emprego de polímeros. (Libânio, 2010).

MECANISMOS DE COAGULAÇÃO

Fases da Coagulação 1ª Fase: Hidrólise dos coagulantes e desestabilização das

partículas em suspensão

2ª Fase: Precipitação e formação de compostos químicos que se polimerizam

3ª Fase: Adsorção das cadeias poliméricas na superfície dos coloides

4ª Fase: Adsorção mútua entre coloides

5ª Fase: Ação de varredura

MECANISMOS DE COAGULAÇÃO

UNIDADE DE MISTURA RÁPIDA

Operação destinada a dispersar produtos químicos na água a ser tratada. Especialmente para desestabilizar por adsorção Mistura rápida deve ser efetuada em local de transmissão de grande energia à massa líquida, e no menor tempo possível, em vista da rapidez com que as reações de desestabilização se processam. Filtração direta e Tratamento convencional

Medidor Parshall utilizado na ETA de Jaguaraçu - MG.

TIPOS DE UNIDADES DE MISTURA RÁPIDA

SISTEMAS HIDRÁULICOS

Canal ou canalização com intensa turbulência

Ressalto hidráulico

Medidor (calha/vertedor) Parshall

Difusores

SISTEMAS MECÂNICOS

• Agitadores mecanizados (turbinas, pás, hélices)

• Bombas centrífugas

TIPOS DE UNIDADES DE MISTURA RÁPIDA

SISTEMAS HIDRÁULICOS

TIPOS DE UNIDADES DE MISTURA RÁPIDA

SISTEMAS MECÂNICOS

PARÂMETROS DE PROJETO

Tempo de mistura Tm

Gradiente de velocidade Gm relacionado à

intensidade de agitação da massa líquida.

T

ou

hfG

Vol

PG

m

m

ABNT NBR 12216/92 Dispersão de coagulantes metálicos hidrolisáveis deve ser feita a Gm compreendidos entre 700 s-1 e 1100 s-1, em um Tm não superior a 5 s. (Na ausência de ensaios de laboratório)

G: gradiente de velocidade, expresso em s-1; P: potência dissipada em função da perda de carga hf , expressa em kgf.m/s; Vol: volume de deslocamento da água(m3); µ: viscosidade absoluta ou dinâmica(kgf.s/m2). T: tempo de detenção hidráulica (T=V/Q) γ: Peso específico da água (kgf/m3)

UNIDADE DE MISTURA RÁPIDA MEDIDOR PARSHALL

Medidor Parshall ou Vertedor Parshall

Ralph Leroy Parshall (1881-1960), que o criou com base nos estudos de Venturi

Desenvolvido em tamanhos padronizados de 3" até 10’, largura nominal "W" de sua garganta

UNIDADE DE MISTURA RÁPIDA MEDIDOR PARSHALL

O medidor Parshall é um dispositivo de medição de vazão na forma de um canal aberto com dimensões padronizados. A água é forçada por uma garganta relativamente estreita,

sendo que o nível da água à montante da garganta é o indicativo da vazão a ser medida, independendo do nível da

água à jusante de tal garganta

UNIDADE DE MISTURA RÁPIDA MEDIDOR PARSHALL

Tabela 1 - Dimensões padronizadas da calha Parshal (mm) W A B C D E F G’ K N 76 ( 3") 466 457 178 259 381 152 305 25 57

Tabela 2 - Valores limites de vazão (l/s) em função da largura da garganta W Vazões (l/s) mm (...) mínima máxima 76 ( 3") 0,85 53,8

UNIDADE DE MISTURA RÁPIDA MEDIDOR PARSHALL

CALHA PARSHALL

Frequentemente empregada, além da função original, também como um efetivo misturador de soluções

químicas nas estações de tratamento de água (ETA’s).

Medidor Parshall utilizado na ETA Gravatá – SP.

Ressalto hidráulico (dissipação grande energia) + estreitamento da garganta (homogeneidade na aplicação do coagulante) Seleção: Lamina d’água na garganta (menor possível) + Formação do ressalto hidráulico

UNIDADE DE MISTURA RÁPIDA MEDIDOR PARSHALL

Valores de variáveis necessários ao cálculo do gradiente de velocidade no medidor Parshall

▪ Largura da seção de medição (D’)

2. (D - W) + W

3 ▪ Velocidade na seção de medição (Vo)

Q

D’.Ho ▪ Carga hidráulica disponível na seção de medição (Eo)

Vo2+Ho+N

2g

▪ Velocidade contendo ressalto (V1)

▪ Altura de água antes do ressalto (H1)

Eo – V12/ 2g

▪ Froude (F1)

▪ Altura do ressalto (H2)

H1. [ 1+ 8.F12 -1]

2

▪ Altura de saída (H3)

H2 - (N-K)

Valores de variáveis necessários ao cálculo do gradiente de velocidade no medidor Parshall

▪Velocidade na saída do medidor (V3)

▪ Perda de carga (hf)

▪ Tempo de mistura (T)

Q C.H3

Ho + N – H3

2.G V2+V3

T

hG

f

m

▪ Gradiente de velocidade (Gm)

Valores de variáveis necessários ao cálculo do gradiente de velocidade no medidor Parshall

Unidade de Mistura Rápida

Seleção do Medidor Parshall

Dimensões padronizadas dos medidores Parshall (cm).

W A B C D E F G K N

(cm)

2,5 36,3 35,6 9,3 16,8 22,9 7,6 20,3 1,9 2,9

7,6 46,6 45,7 17,8 25,9 38,1 15,2 30,5 2,5 5,7

15,2 62,1 61,0 39,4 40,3 45,7 30,5 61,0 7,6 11,4

22,9 88,0 86,4 38,0 57,5 61,0 30,5 45,7 7,6 11,4

30,5 137,2 134,4 61,0 84,5 91,5 61,0 91,5 7,6 22,9

45,7 144,9 142,0 76,2 102,6 91,5 61,0 91,5 7,6 22,9

61,0 152,5 149,6 91,5 120,7 91,5 61,0 91,5 7,6 22,9

91,5 167,7 164,5 122,0 157,2 91,5 61,0 91,5 7,6 22,9

122,0 183,0 179,5 152,5 193,8 91,5 61,0 91,5 7,6 22,9

152,5 198,3 194,1 183,0 230,3 91,5 61,0 91,5 7,6 22,9

183,0 213,5 209,0 213,5 266,7 91,5 61,0 91,5 7,6 22,9

213,5 228,8 224,0 244,0 303,0 91,5 61,0 91,5 7,6 22,9

244,0 244,0 239,2 274,5 340,0 91,5 61,0 91,5 7,6 22,9

305,0 274,5 427,0 366,0 475,9 122,0 91,5 183,0 5,3 34,3

Unidade de Mistura Rápida

Seleção do Medidor Parshall

Altura da lamina d’água em função da vazão (l/s) e da largura da garganta do medidor

H (cm) 3” 6” 9” 1’ 1,5’ 2’ 3’ 4’

3 0,8 1,4 2,5 3,1 4,2

4 1,2 2,3 4,0 4,6 6,9

5 1,5 3,2 5,5 7,0 10,0 13,8 20

6 2,3 4,5 7,3 9,9 14,4 18,7 27 35

7 2,9 5,7 9,1 12,5 17,8 23,2 34 45

8 3,5 7,1 11,1 14,5 21,6 28 42 55

9 4,3 8,5 13,5 17,7 26,0 34,2 50 66

10 5,0 10,3 15,8 20,9 30,8 40,6 60 78

11 5,8 11,6 18,1 23,8 35,4 46,5 69 90

12 6,7 13,4 24,0 27,4 40,5 53,5 79 105

13 7,5 15,2 25,8 31,0 45,6 60,3 93 119

14 8,5 17,3 26,6 34,8 51,5 68,0 101 133

15 9,4 19,1 29,2 38,4 57,0 75,5 112 149

16 10,8 21,1 32,4 42,5 63,0 83,5 124 165

17 11,4 23,2 35,6 46,8 69,0 92,0 137 182

18 12,4 25,2 38,8 51,0 75,4 100,0 148 198

19 13,5 27,7 42,3 55,2 82,2 109,0 163 216

20 14,6 30,0 45,7 59,8 89,0 118,0 177 235

25 20,6 42,5 64,2 83,8 125,0 167,0 248 331

30 27,4 57,0 85,0 111,0 166,0 221,0 334 446

35 34,4 72,2 106,8 139,0 209,0 280,0 422 562

40 42,5 89,5 131,0 170,0 257,0 345,0 525 700

70 402,0 611,3 825,0 1255 1684

Unidade de Mistura Rápida

Seleção do Medidor Parshall

Medidores Parshall

Q

(L/s)

W = 3” W = 6” W = 9” W = 12”

Ha (m) U (m/s) Ha (m) U (m/s) Ha (m) U (m/s) Ha (m) U (m/s)

20 0,25 1,6

30 0,31 2,0

50 0,45 2,2 0,28 1,8

75 0,36 2,0 0,27 1,8

100 0,44 2,3 0,34 2,0 0,28 1,8

150 0,44 2,3 0,37 2,0

200 0,45 2,2

Q

(L/s)

W = 18” W = 24” W = 48”

Ha (m) U (m/s) Ha (m) U (m/s) Ha (m) U (m/s)

150 0,29 1,8

200 0,35 2,0 0,28 1,8

300 0,45 2,2 0,37 2,0

500 0,51 2,4 0,33 1,9

750 0,41 2,3

1000 0,50 2,5

ENSAIOS

Tabelas relacionam a turbidez com a quantidade de coagulante, mas, apenas ensaios é que dizem a quantidade exata.

pH da água: Há um pH ótimo de coagulação, que é determinado experimentalmente.

EXERCÍCIO EM AULA

Calcular o gradiente de velocidade e o tempo de mistura rápida da estrutura esquematizada.

Dados:

- Vazão: 98 l/s

EXERCÍCIO EM AULA

Calcular o gradiente de velocidade e o tempo de mistura rápida da estrutura esquematizada.

Dados:

- Vazão: 98 l/s

CONSIDERAÇÕES FINAIS

Torna-se necessária a caracterização quali-quantitativa das água brutas a serem tratadas para determinar a eficiência dos processos de coagulação/floculação.

A eficiência dos processos de coagulação/floculação interferem no êxito dos processos posteriores numa ETA.

Indispensáveis ensaios experimentais para determinação de melhor coagulante e pH ideal para otimizar o processo de coagulação/floculação.

CONSIDERAÇÕES FINAIS

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Aula baseada em:

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 12216 – Projeto de estação de tratamento de água para abastecimento público: procedimento. Rio de Janeiro, 1992. 18p.

HELLER, L.; PADUA, V.L. Abastecimento de água para consumo humano. 2ª Edição. Belo Horizonte: Editora UFMG, 2010.

LIBÂNIO, M. Fundamentos de qualidade e tratamento de água. 3 edição. Campinas, SP: Editora Átomo, 2010. 494 p.

VIANNA, M.R. Hidráulica aplicada às estações de tratamento de água. 3. ed. Belo Horizonte: Imprimatur, 1997. 576 p.

Coagulação e floculação – slides. Prof. Piterson Moraes.

http://www.dec.ufcg.edu.br/saneamento/PARSHALL.html