aspectos teÓricos da sedimentaÇÃo

ASPECTOS TERICOS DA SEDIMENTAOOperao de separao de partculas slidas densidade superior do lquido circundante. Aplicao Tratamento Tratamento Tratamento Tratamento Tratamento Objetivos preliminar : remoo da areia primrio: decantao primria secundrio: decantao secundria tercirio: sedimentao aps precipitao qumica do lodo: adensamento suspensas com

ASPECTOS TERICOS DA SEDIMENTAOFormas de sedimentaoTipo de sedimentao Discreta Descrio Partculas sedimentam-se como entidades individuais e no ocorre interao significativa com partculas vizinhas (baixa conc. Slidos) Partculas aglomeram-se durante a sedimentao, aumentando o tamanho e sedimentam-se com velocidades superiores. (suspenses diludas) Partculas tendem a permanecer em uma posio fixas com relao as partculas vizinhas e sedimentam-se com uma massa nica de partculas (suspenses concentradas) A concentrao de partculas to elevada que ocorre a formao de uma estrutura e sedimentao ocorre apenas pela compresso desta estrutura, devido ao peso das partculas Aplicao/ OcorrnciaRemoo de areia

Floculenta

- Dec. primrios - Dec. secundrios (superior) - Tanques sedimentao (precipitao) - Dec. Secundrios

Zonal

Compresso

Produzir um efluente clarificado Adensamento do lodo

Dec. Secundrios (fundo) - Adensadores por gravidade-

Ocorrncia simultnea dos vrios tipos de sedimentaoProf. Carlos Ernando da Silva - Tratamento de Resduos e Impactos Ambientais - UFSM/CT/HDS Prof. Carlos Ernando da Silva - Tratamento de Resduos e Impactos Ambientais - UFSM/CT/HDS

ASPECTOS TERICOS DA SEDIMENTAOSEDIMENTAO DISCRETA

ASPECTOS TERICOS DA SEDIMENTAOSEDIMENTAO DISCRETA Lei de Newton e Stokes

Fora de atrito Velocidade de sedimentao

vs =Fora gravitacional T=0 T=1 T=2

1 g s l 2 . . .d 18 l

Vs: velocidade de sedimentao da partcula (m/s) g: acelerao da gravidade (m/s2) : viscosidade cinemtica da gua (m2/s) s: densidade da partcula (kg/m3) l: densidade do lquido (kg/m3) d: dimetro da partcula (m)

Sem aglomerao das partculas Manuteno das propriedades fsicas (forma, tamanho, densidade Velocidade de sedimentao constante

Exemplo: Calcular a velocidade de sedimentao de partculas de areia, considerando:-Dimetro

da partcula: 0,90 mm e 0,45 mm da partcula: 2650 kg/m3 -Densidade do lquido: 1000 kg/m3 -Viscosidade cinemtica (25 C): 0,90x10-6 m2/s-Densidade

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ASPECTOS TERICOS DA SEDIMENTAOSEDIMENTAO DISCRETA Tanque de sedimentao ideal Zona de entrada: partculas uniformemente distribudas Zona de lodo: partculas removidas Zona de sada: partculas no removidas

ASPECTOS TERICOS DA SEDIMENTAOA

SEDIMENTAO DISCRETAH

B

L

vs H vs

vs H vs L vh

Zona de Sedimentao Afluente Efluente

H t= vsvs =

Q A

V H.A t= = Q Q

vh =

Q BH

Zona de Entrada

Zona de Lodo

Zona de Sada

- vs: taxa de aplicao superficial (m/h ou m3/m2.h) - Remoo da partcula f(A) - Vs: parmetro de projeto, obtido experimentalmente, valores de literatura.




ASPECTOS TERICOS DA SEDIMENTAOSEDIMENTAO DISCRETA Exemplo: Considere os dados abaixo da distribuio de partculas de areia obtidas atravs de ensaios de peneiramento. Para cada frao foi calculada a velocidade mdia de sedimentao. Calcular a remoo total de partculas, considerando uma taxa de aplicao superficial de 2,8 m3/m2.min.

vhFrao remanescente

vh v p vh vpZona de Sedimentao

Xc Xp

vs

Zona de Entrada

Zona de Lodo

Zona de Sada

Vp VcVelocidade de sedimentao

Velocidade sedimentao (m/min)

Frao de slidos remanescente

Frao removida = (1 Xc ) +

Xc Vp dx 0 Vc

3,00 1,50 0,60 0,23 0,15

0,55 0,46 0,35 0,11 0,03


1 Vc

Vp.dx



ASPECTOS TERICOS DA SEDIMENTAOSEDIMENTAO DISCRETA0,60 0,50 Frao Remanescente 0,40#


dx

Vp

Vp.dx

Exemplo: Os resultados de um teste de sedimentao efetuado numa suspenso conduziram os valores abaixo. Calcular a remoo total de partculas, considerando uma taxa de aplicao superficial de 1,0 m3/m2.h.Profundidade da coleta (m) 0,0 0,0 0,0 1,0 1,0 1,0 2,0 2,0 2,0 3,0 3,0 3,0 4,0 4,0 4,0 Tempo de amostragem (h) 0,0 0,0 0,0 1,0 3,0 6,0 1,0 3,0 6,0 1,0 3,0 6,0 1,0 3,0 6,0 140 108 80 142 110 106 142 130 124 147 126 114 222 SS na amostra (mg/L) Velocidade sedimentao (m/h) Frao de slidos remanescente -

0,30 0,20 0,10 0,00 0,00

1 2 3 4 5 6

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

7

Velocidade de Sedim entao (m /m in)

8 9 10


1 Vc

Vp .dx

11 12 13 14 15



ASPECTOS TERICOS DA SEDIMENTAOSEDIMENTAO DISCRETA Exemplo0,7 Frao Remanescente 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5

ASPECTOS TERICOS DA SEDIMENTAOSEDIMENTAO FLOCULENTA

dx

Vp

Vp.dx

H

T=0

T=1

T=2

Ocorrncia floculao ou coalescncia Aumento do tamanho da partcula Aumento da velocidade de sedimentao Extenso da floculao

contato entre as partculasTestes de sedimentao

Velocidade de Sedimentao (m/h)

1 Frao removida = (1 Xc ) + Vc

Vp.dx

Taxa de aplicao superficial Altura do tanque Gradiente de velocidades do sistema Faixa de tamanhos de partculas



ASPECTOS TERICOS DA SEDIMENTAOSEDIMENTAO FLOCULENTA Clculo da remoo total Teste de sedimentao Remoo de alquotas a vrios intervalos de tempo Exemplo: Dados os resultados do teste de sedimentao, determinar a remoo total de slidos para umtempo de deteno t2 e uma profundidade h5h1 R1 + R 2 h2 R 2 + R3 h3 R3 + R 4 h4 R 4 + R5 . . + + + . . h5 h5 h5 h5 2 2 2 2

ASPECTOS TERICOS DA SEDIMENTAOSEDIMENTAO FLOCULENTA Exemplo: assumindo-se os valores do teste de sedimentao abaixo, calcular a percentagem de remoo esperada para as seguintes condies:a) b) c) d)

tanque tanque tanque tanque

de de de de

2,0 2,0 1,0 2,5

m m m m

de de de de

profundidade, profundidade, profundidade, profundidade,

com com com com

tempo tempo tempo tempo

de de de de

deteno deteno deteno deteno

de de de de

1,5 h 3,0 h 3,0 h 3,75 h

Profundidade (m) 1 2 3

Tempo de amostragem 0,5 26 20 19 1 44 34 27 1,5 49 44 37 2 55 51 45 2,5 63 56 51 3 66 60 57 3,5 71 62 60 4 77 64 68

Re moo =



ASPECTOS TERICOS DA SEDIMENTAOSEDIMENTAO ZONAL

ASPECTOS TERICOS DA SEDIMENTAOSEDIMENTAO ZONAL Dimensionamento baseado testes em bateladas A taxa de aplicao superficial deve ser considerando: rea necessria para clarificao rea necessria para o espessamento do lodo (maior) Taxa de remoo do lodo

T=0

T=1

T=2

Alta concentrao de slidos (formao manto) Partculas tendem a uma posio fixa Formao de uma interface (fase lquida slida) Movimento descendente da interfaceCaractersticas de sedimentao da suspenso Grande variabilidade Testes de sedimentao

rea para o espessamento do lodo (Mtodo Talmadge e FItch)

A=

Qtu H0

A: rea para espessamento (m2) Q: vazo de entrada no tanque (m3/s) H0: altura inicial da interface na coluna (m) tu: tempo necessrio para determinada concentrao (s) alcanar





rea espessamento do lodo (Ae) (Mtodo Talmadge e FItch)

rea para clarificao (Ac)(Mtodo Talmadge e FItch)

Ae =

Qtu H0

Ac =

Qc V

Determinao de tu

Hu =

C0Ho Cu

V: velocidade de sedimentao da interface (inclinao da tangente da poro inicial da curva de sedimentao) Qc: Taxa de clarificao (proporcional ao volume do lquido acima da zona crtica de lodo)

- Traar tangente a C2 C2: determinado pela extenso da bissetriz do ponto de interseo das tangentes curva na regio de sedimentao e compresso. - Traar horizontal de Hu at tangente a C2 e ler tu no eixo x

Qc =

Q.(H0 Hu ) H0

- Traar horizontal de Hu at tangente a C2 e ler tu no eixo x



ASPECTOS TERICOS DA SEDIMENTAOSEDIMENTAO ZONAL Exemplo: A curva de sedimentao abaixo foi obtida para um lodo ativado com concentrao inicial de slidos C0 de 4000 mg/L. A altura inicial da interface H0 na coluna de sedimentao foi de 2,0 ft. Determine a rea requerida para alcanar uma concentrao de slidos Cu de 12000 mg/L, considerando uma vazo de entrada de 400 m3/d. rea de espessamentoHu = C0.H0 Cu

ASPECTOS TERICOS DA SEDIMENTAOSEDIMENTAO ZONALrea de clarificao - Velocidade de sedimentao da interface (inclinao tangente regio sedimentao)

V=

2,0 0,8 = 0,06 ft / min = 1,10 m / h 20

- Taxa de clarificao

Ae =

Q.tu H0

H Hu ) Qc = Q( 0 H0

Ac =

Qc V



ASPECTOS TERICOS DA SEDIMENTAOSEDIMENTAO ZONAL Exemplo: O teste de sedimentao de um lodo com concentrao inicial de slidos de 2900 mg/L apresentou os resultados apresentados na tabela a seguir. A altura inicial da interface H0 na coluna de sedimentao foi de 0,40 m. Determine a rea requerida para alcanar uma concentrao de slidos Cu de 10000 mg/L, considerando uma vazo de entrada de 500 m3/d.Tempo (min) 3 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 45 60 Altura (m) 0,4 0,39 0,35 0,3 0,26 0,23 0,19 0,16 0,13 0,12 0,1 0,09 0,07

ASPECTOS TERICOS DA SEDIMENTAOSEDIMENTAO ZONAL0,45 0,4 0,35 0,3 Altura (m) 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 0 0 20 40 60 80 100 Tempo (m in)Prof. Carlos Ernando da Silva - Tratamento de Resduos e Impactos Ambientais - UFSM/CT/HDS

90 0,06 Prof. Carlos Ernando da Silva - Tratamento de Resduos e Impactos Ambientais - UFSM/CT/HDS

ASPECTOS TERICOS DA SEDIMENTAOSEDIMENTAO POR COMPRESSO Altssima concentrao de slidos Sedimentao por compresso da estrutura da partcula Compresso devido ao peso das partculasT=0 T=1 T=2

ASPECTOS TERICOS DA FLOTAOFLOTAO Operao unitria usada para separar partculas slidas ou lquidas de uma fase lquida. A separao obtida pela introduo de bolhas de gs (ar) na fase lquida. As bolhas aderem superfcie da partcula e a fora de empuxo da espcie partcula-bolha grande o bastante para promover a subida da partcula para a superfcie.

Volume requerido pode ser determinado por teste de sedimentao

Superfcie da partcula importante flotao Modificao das caractersticas superfcieCriar superfcie ou estrutura com maior afinidade com as bolhas de ar

Ht H = (H2 H )e i( t t 2 )

Ht: altura do lodo no tempo t H: altura do lodo aps longo perodo (24 horas) H2: altura do lodo no tempo t2i: constante para uma dada suspenso

Aditivos inorgnicos: sais alumnio e ferro, slica ativada flocos Polmeros Orgnicos: mudar a natureza da interface ar-lquidoProf. Carlos Ernando da Silva - Tratamento de Resduos e Impactos Ambientais - UFSM/CT/HDS


ASPECTOS TERICOS DA FLOTAOVantagens frente a sedimentao Lodos mais concentrados Remoo de slidos de difcil sedimentao Maiores taxas de aplicao superficial menor rea

ASPECTOS TERICOS DA FLOTAOTIPOS DE FLOTAO Flotao por ar disperso Consiste em introduzir o ar diretamente na suspenso,atravs do fundo do tanque de flotao. Baixa eficincia na remoo de slidos Recomendado na remoo de espuma Flotao a vcuo Consiste na saturao da gua residuria com ar: Diretamente em um tanque de aerao Permitindo a entrada de ar na suco do bombeamento Vcuo parcial aplicado no sistema e o ar dissolvido passa para a forma de pequenas bolhas, promovendo assim a interao ar-partcula.

Aplicao Curtumes, refino de leo, conservas, lavanderias, matadouro e frigorficos; Petroqumica, papel e celulose; Lodos ativados adensamento do lodo



ASPECTOS TERICOS DA SEDIMENTAOTIPOS DE FLOTAO Flotao por ar dissolvido Consiste em dissolver o ar na gua residuria sob condio de elevada presso (2-4 atm) em um tanque de reteno, seguido do lanamento no tanque de flotao, controlado atravs de uma vlvula de reduo de presso.

ASPECTOS TERICOS DA FLOTAOTIPOS DE FLOTAO Flotao por ar dissolvido

Tanque de flotao sem recirculaoProf. Carlos Ernando da Silva - Tratamento de Resduos e Impactos Ambientais - UFSM/CT/HDS

Tanque de flotao com recirculaoProf. Carlos Ernando da Silva - Tratamento de Resduos e Impactos Ambientais - UFSM/CT/HDS

ASPECTOS TERICOS DA FLOTAOFLOTAO POR AR DISSOLVIDO Dimensionamento Fatores importantes Concentrao das partculas Quantidade de ar utilizado Testes bancada e piloto Velocidade ascendente das partculas Taxa de aplicao de slidos Critrios de dimensionamento

ASPECTOS TERICOS DA FLOTAODIMENSIONAMENTO FLOTAO POR AR DISSOLVIDO Determinao da presso (P) de operaoA 1,3.sa .( fP 1) = S X0 A 1,3.sa .( fP 1). R = S X0 Q- A/S: razo ar/slidos (mL ar/mg slido)

( sem recirculao) (com recirculao )

- sa: solubilidade do ar (mL/L) - f: frao ar dissolvido na presso P (0,5) - P: presso do sistema (atm) - R: razo de recirculao - Q: vazo afluente

Re lao

A S

volume ar massa slidos

Varivel para cada tipo de suspenso

rea requeridaQ - I: taxa de aplicao superficial (m3/m2.h) (sem recirculao) I 4,8 9,6 m3/m2.h Q + R. A= (com recirculao) 0,47 0,96 m3/m2.h (espessamento lodo) I A=

S - constante A baixa flotao parcial A elevada agitao excessivaProf. Carlos Ernando da Silva - Tratamento de Resduos e Impactos Ambientais - UFSM/CT/HDS


ASPECTOS TERICOS DA FLOTAODIMENSIONAMENTO FLOTAO POR AR DISSOLVIDO Exemplo: Dimensionar um sistema de flotao com e semrecirculao, cuja vazo afluente de 30 m3/h, contendo slidos em suspenso em concentrao igual a 300 mg/L. A relao tima A/S encontrada em escala piloto de 0,02 mLar/mgslido e a temperatura de operao de 30C (sa= 15,7 mL/L). Adotar f=0,5 (mais conservador). Adotar taxa aplicao superficial de 7,2 m3/m2.h.

Exemplo: Dimensionar um espessador com e sem recirculao de-Vazo

um lodo ativado, assumindo as seguintes condies: afluente: 400 m3/d - A/S tima = 0,008 mL/mg - concentrao de slidos = 3000 mg/L - Solubilidade do ar = 18,7 mL/L - Frao de ar em P = 0,5 - Taxa de aplicao superficial = 0,008 m3/m2.min


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