aula 6 - floculação.ppt

92
ESCOLA POLITÉCNICA DA USP ESCOLA POLITÉCNICA DA USP DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA HIDRÁULICA E SANITÁRIA HIDRÁULICA E SANITÁRIA PHD 5745 – PROCESSOS PHD 5745 – PROCESSOS FÍSICO-QUÍMICOS I FÍSICO-QUÍMICOS I FLOCULAÇÃO FLOCULAÇÃO Prof. Dr. Sidney Seckler Prof. Dr. Sidney Seckler Ferreira Filho Ferreira Filho

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Floculação

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Page 1: Aula 6 - Floculação.ppt

ESCOLA POLITÉCNICA DA USPESCOLA POLITÉCNICA DA USPDEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA

HIDRÁULICA E SANITÁRIAHIDRÁULICA E SANITÁRIAPHD 5745 – PROCESSOS PHD 5745 – PROCESSOS

FÍSICO-QUÍMICOS IFÍSICO-QUÍMICOS I

FLOCULAÇÃOFLOCULAÇÃO

Prof. Dr. Sidney Seckler Ferreira FilhoProf. Dr. Sidney Seckler Ferreira Filho

Page 2: Aula 6 - Floculação.ppt

FLOCULAÇÃOFLOCULAÇÃO

IntroduçãoIntrodução Mecanismos de transporteMecanismos de transporte Floculação PericinéticaFloculação Pericinética Floculação OrtocinéticaFloculação Ortocinética Floculação por Sedimentação Floculação por Sedimentação

DiferencialDiferencial

Page 3: Aula 6 - Floculação.ppt

FLOCULAÇÃOFLOCULAÇÃO

Gradientes de VelocidadeGradientes de Velocidade Cinética de Floculação de Cinética de Floculação de

Suspensões ColoidaisSuspensões Coloidais Agregação e RupturaAgregação e Ruptura Concepção de Sistemas de Concepção de Sistemas de

Floculação Floculação

Page 4: Aula 6 - Floculação.ppt

FLOCULAÇÃOFLOCULAÇÃO

Reatores em BateladaReatores em Batelada Reatores de Mistura Reatores de Mistura

Completa em SérieCompleta em Série Reator de Fluxo PistonadoReator de Fluxo Pistonado Obtenção das Constantes de Obtenção das Constantes de

Agregação e RupturaAgregação e Ruptura

Page 5: Aula 6 - Floculação.ppt

TRATAMENTO CONVENCIONAL DE TRATAMENTO CONVENCIONAL DE ÁGUAS ÁGUAS

DE ABASTECIMENTODE ABASTECIMENTO

Manancial

Coagulação Floculação Sedimentação

FiltraçãoDesinfecçãoFluoretaçãoCorreção de pH

Água Final

Age

nte

oxid

ante

CA

P

Coa

gula

nte

Alc

alin

izan

te

Age

nte

oxid

ante

Pol

ímer

o

Polímero Agente oxidante

Age

nte

oxid

ante

Flú

or

Alcalinizante

Page 6: Aula 6 - Floculação.ppt

FLOCULAÇÃOFLOCULAÇÃO

Page 7: Aula 6 - Floculação.ppt

FLOCULAÇÃOFLOCULAÇÃO

Page 8: Aula 6 - Floculação.ppt

FLOCULAÇÃOFLOCULAÇÃO

Page 9: Aula 6 - Floculação.ppt

PROCESSO DE LODOS PROCESSO DE LODOS ATIVADOS CONVENCIONALATIVADOS CONVENCIONAL

Grade Caixa de areiaDecantador

PrimárioTanque deAeração

Decantador Secundário

Adensamento

Digestão

Secagem Lodo “Seco”

Rio

Page 10: Aula 6 - Floculação.ppt

FLOCULAÇÃOFLOCULAÇÃO

Page 11: Aula 6 - Floculação.ppt

DISTRIBUIÇÃO DE TAMANHO DISTRIBUIÇÃO DE TAMANHO DE PARTÍCULAS EM ÁGUAS DE PARTÍCULAS EM ÁGUAS

NATURAIS NATURAIS

1 1 mm

1010-3-3 mm

Partículas Partículas coloidaiscoloidais

Partículas emPartículas emsuspensãosuspensão

Partículas Partículas dissolvidasdissolvidas

TurbidezTurbidez Cor aparenteCor aparente SSTSST

Cor realCor real SDTSDT Compostos Compostos dissolvidosdissolvidos 0,45 0,45

mm

Page 12: Aula 6 - Floculação.ppt

Definição: É um processo físico Definição: É um processo físico no qual as partículas coloidais no qual as partículas coloidais são colocadas em contato umas são colocadas em contato umas com as outras, de modo a com as outras, de modo a permitir o aumento do seu permitir o aumento do seu tamanho físico, alterando, tamanho físico, alterando, desta forma, a sua distribuição desta forma, a sua distribuição granulométricagranulométrica

FLOCULAÇÃOFLOCULAÇÃO

Page 13: Aula 6 - Floculação.ppt

FLOCULAÇÃOFLOCULAÇÃO

Partículas Choques Agregação

Processo Físico(Transporte)

Estabilidade do Colóide(Coagulação)

Page 14: Aula 6 - Floculação.ppt

FLOCULAÇÃO:OBJETIVO FLOCULAÇÃO:OBJETIVO

Diâmetro das partículas

Fre

qu

ênci

a re

lati

vaÁgua bruta

Água coaguladaÁgua floculada

Diâmetro crítico

dp > dc Partículas sedimentáveis

Page 15: Aula 6 - Floculação.ppt

COALESCÊNCIA E COALESCÊNCIA E FLOCULAÇÃOFLOCULAÇÃO

Coalescência

Floculação

Page 16: Aula 6 - Floculação.ppt

FLOCULAÇÃOFLOCULAÇÃOMECANISMOS DE TRANSPORTEMECANISMOS DE TRANSPORTE

•Floculação por Sedimentação DiferencialFloculação por Sedimentação Diferencial

Partículas coloidais com velocidades distintas Partículas coloidais com velocidades distintas podem chocar-se umas com as outras em um podem chocar-se umas com as outras em um elemento de volume.elemento de volume.

Page 17: Aula 6 - Floculação.ppt

FLOCULAÇÃO FLOCULAÇÃO PERICINÉTICAPERICINÉTICA

MOVIMENTO BROWNIANOMOVIMENTO BROWNIANO

ji

ji

ji

fpji nndd

ddTkN ..

...3

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ji

ji

fpji dd

ddTk

...3

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Page 18: Aula 6 - Floculação.ppt

1,00E-12

1,00E-11

1,00E-10

1,00E-09

1,00E-08

0,01 0,1 1 10 100

Diâmetro da partícula i (um)

Fre

qu

ênci

a d

e C

olis

ões

(cm

3/s)

Freq.Col. (T=20 C) Freq.Col. (T=1 C) Freq.Col. (T=30 C)

Diâmetro da partícula j=1,0 umMassa Específica=1.020 Kg/m3

FLOCULAÇÃO FLOCULAÇÃO PERICINÉTICAPERICINÉTICA

MOVIMENTO BROWNIANOMOVIMENTO BROWNIANO

ji

jifpji dd

ddTk

...3

).(..2 2

),,(

Page 19: Aula 6 - Floculação.ppt

FLOCULAÇÃO FLOCULAÇÃO PERICINÉTICAPERICINÉTICA

MOVIMENTO BROWNIANOMOVIMENTO BROWNIANO

1,00E-12

1,00E-11

1,00E-10

1,00E-09

1,00E-08

0,01 0,1 1 10 100

Diâmetro (um)

Fre

qu

ênci

a d

e C

olis

ões

(cm

3/s)

Freq.Col. (d=0,1 um) Freq.Col. (d=1,0 um) Freq.Col. (d=10,0 um)

Temperatura: 20 CMassa Específica: 1.020 Kg/m3

ji

jifpji dd

ddTk

...3

).(..2 2

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Page 20: Aula 6 - Floculação.ppt

•Floculação Ortocinética (Gradientes de Floculação Ortocinética (Gradientes de Velocidade)Velocidade)

As partículas são colocadas em contato umas As partículas são colocadas em contato umas com as outras através do movimento do fluído com as outras através do movimento do fluído (Presença de gradientes de velocidade).(Presença de gradientes de velocidade).

FLOCULAÇÃOFLOCULAÇÃOMECANISMOS DE TRANSPORTEMECANISMOS DE TRANSPORTE

Page 21: Aula 6 - Floculação.ppt

FLOCULAÇÃO FLOCULAÇÃO ORTOCINÉTICAORTOCINÉTICA

GRADIENTES DE GRADIENTES DE VELOCIDADEVELOCIDADE

jijifoji nndzdv

ddN ...).(61 3

),,(

dzdv

dd jifoji .).(61 3

),,(

Page 22: Aula 6 - Floculação.ppt

FLOCULAÇÃO FLOCULAÇÃO ORTOCINÉTICAORTOCINÉTICA

GRADIENTES DE GRADIENTES DE VELOCIDADEVELOCIDADE

1,00E-09

1,00E-08

1,00E-07

1,00E-06

1,00E-05

1,00E-04

0,01 0,1 1 10 100

Diâmetro i (um)

Fre

qu

ênci

a d

e C

olis

ões

(cm

3/s)

Freq.Col. (G=10 s-1) Freq.Col. (G=50 s-1) Freq.Col. (G=80 s-1)

Diâmetro da partícula j=10,0 umMassa Específica=1.020 Kg/m3

dz

dvdd jifoji .).(

6

1 3),,(

Page 23: Aula 6 - Floculação.ppt

FLOCULAÇÃO FLOCULAÇÃO ORTOCINÉTICAORTOCINÉTICA

GRADIENTES DE GRADIENTES DE VELOCIDADEVELOCIDADE

1,00E-14

1,00E-13

1,00E-12

1,00E-11

1,00E-10

1,00E-09

1,00E-08

1,00E-07

1,00E-06

1,00E-05

0,01 0,1 1 10 100

Diâmetro (um)

Fre

qu

ênci

a d

e C

olis

ões

(cm

3/s)

Freq.Col. (d=0,1 um) Freq.Col. (d=1,0 um) Freq.Col. (d=10,0 um)

Gradiente de velocidade:50 s-1Temperatura: 20 CMassa Específica: 1.020 Kg/m3

dz

dvdd jifoji .).(

6

1 3),,(

Page 24: Aula 6 - Floculação.ppt

FLOCULAÇÃOFLOCULAÇÃOMECANISMOS DE TRANSPORTEMECANISMOS DE TRANSPORTE

•Floculação Pericinética (Movimento Floculação Pericinética (Movimento Browniano)Browniano)

As partículas coloidais apresentam um As partículas coloidais apresentam um movimento aleatório devido ao seu contínuo movimento aleatório devido ao seu contínuo bombardeamento pelas moléculas de água. A bombardeamento pelas moléculas de água. A energia propulsora da floculação pericinética é energia propulsora da floculação pericinética é a energia térmica do fluído.a energia térmica do fluído.

Page 25: Aula 6 - Floculação.ppt

FLOCULAÇÃO POR FLOCULAÇÃO POR SEDIMENTAÇÃO SEDIMENTAÇÃO

DIFERENCIALDIFERENCIAL

..72

...)).(.(. 3

),,(

f

jijijifp

sdji

nnddddgN

..72

.)).(.(. 3

),,(

f

jijifp

sdji

ddddg

Page 26: Aula 6 - Floculação.ppt

FLOCULAÇÃO POR FLOCULAÇÃO POR SEDIMENTAÇÃO SEDIMENTAÇÃO

DIFERENCIALDIFERENCIAL

1,00E-11

1,00E-10

1,00E-09

1,00E-08

1,00E-07

1,00E-06

1,00E-05

1,00E-04

1,00E-03

0,01 0,1 1 10 100

Diâmetro da partícula j (um)

Fre

qu

ênci

a d

e C

olis

ões

(cm

3/s)

Freq.Col. (M.E=2.750 Kg/m3) Freq.Col. (M.E=1.800 Kg/m3) Freq.Col. (M.E=1.020 Kg/m3)

Diâmetro da partícula i=10,0 umTemperatura=20 C

..72

.)).(.(. 3

),,(f

jijifpsdji

ddddg

Page 27: Aula 6 - Floculação.ppt

FLOCULAÇÃO POR FLOCULAÇÃO POR SEDIMENTAÇÃO SEDIMENTAÇÃO

DIFERENCIALDIFERENCIAL

..72

.)).(.(. 3

),,(f

jijifpsdji

ddddg

1,00E-19

1,00E-18

1,00E-17

1,00E-16

1,00E-15

1,00E-14

1,00E-13

1,00E-12

1,00E-11

1,00E-10

1,00E-09

1,00E-08

1,00E-07

1,00E-06

1,00E-05

0,01 0,1 1 10 100

Diâmetro (um)

Fre

qu

ênci

a d

e C

olis

ões

(cm

3/s)

Freq.Col. (d=0,1 um) Freq.Col. (d=1,0 um) Freq.Col. (d=10,0 um)

Temperatura: 20 CMassa Específica: 1.020 Kg/m3

Page 28: Aula 6 - Floculação.ppt

FLOCULAÇÃOFLOCULAÇÃOMECANISMOS DE MECANISMOS DE

TRANSPORTETRANSPORTE

1,00E-19

1,00E-17

1,00E-15

1,00E-13

1,00E-11

1,00E-09

1,00E-07

1,00E-05

0,01 0,1 1 10 100

Diâmetro da partícula (um)

Fre

qu

ênci

a d

e co

lisõ

es (

cm3/

s)

Freq.Col. (Floc. Ort) Freq.Col. (Sed. Dif.) Freq.Col. (Floc Peric) Freq. Total

Diâmetro da partícula:0,1 umGradiente de velocidade:50 s-1Temperatura: 20 CMassa Específica: 1.020 Kg/m3

Page 29: Aula 6 - Floculação.ppt

FLOCULAÇÃOFLOCULAÇÃOMECANISMOS DE MECANISMOS DE

TRANSPORTETRANSPORTE

1,00E-15

1,00E-13

1,00E-11

1,00E-09

1,00E-07

1,00E-05

0,01 0,1 1 10 100

Diâmetro da partícula (um)

Fre

qu

ênci

a d

e co

lisõ

es (

cm3/

s)

Freq.Col. (Floc. Ort) Freq.Col. (Sed. Dif.) Freq.Col. (Floc Peric) Freq. Total

Diâmetro da partícula:1,0 umGradiente de velocidade:50 s-1Temperatura: 20 CMassa Específica: 1.020 Kg/m3

Page 30: Aula 6 - Floculação.ppt

FLOCULAÇÃOFLOCULAÇÃOMECANISMOS DE MECANISMOS DE

TRANSPORTETRANSPORTE

1,00E-12

1,00E-10

1,00E-08

1,00E-06

1,00E-04

0,01 0,1 1 10 100

Diâmetro da partícula (um)

Fre

qu

ênci

a d

e co

lisõ

es (

cm3/

s)

Freq.Col. (Floc. Ort) Freq.Col. (Sed. Dif.) Freq.Col. (Floc Peric) Freq. Total

Diâmetro da partícula:20,0 umGradiente de velocidade:50 s-1Temperatura: 20 CMassa Específica: 1.020 Kg/m3

Page 31: Aula 6 - Floculação.ppt

CONCEITO: GRADIENTE DE CONCEITO: GRADIENTE DE VELOCIDADEVELOCIDADE

vdFdPot

.

vdAdydydv

vdAdPot

.....

dydydv

dAdPot

...

dzdydxdydv

dPot

....

dzdydxdydv

dydv

dPot

.....

dydydv

v .

dx

dy

dzv

Page 32: Aula 6 - Floculação.ppt

dzdydxdydv

dydv

dPot

.....

dzdydxdydv

dPot

....2

dydv

G

dzdydxGdPot

.... 2

ol

ot

VP

G.

CONCEITO: GRADIENTE DE CONCEITO: GRADIENTE DE VELOCIDADEVELOCIDADE

dydydv

v .

dx

dy

dzv

Page 33: Aula 6 - Floculação.ppt

dydv

Gol

ot

VP

G.

G=Gradiente de velocidade (s-1)

holol

otH

VHQ

VP

G

.

....

.

LHV

VHAV

VHQ

Golol

.

...

......

CONCEITO: GRADIENTE DE CONCEITO: GRADIENTE DE VELOCIDADEVELOCIDADE

dydydv

v .

dx

dydz

v

Page 34: Aula 6 - Floculação.ppt

PROCESSO DE PROCESSO DE FLOCULAÇÃOFLOCULAÇÃO

Floculadores hidráulicosFloculadores hidráulicos

•Floculadores hidráulicos de fluxo horizontalFloculadores hidráulicos de fluxo horizontal•Floculadores hidráulicos de fluxo verticalFloculadores hidráulicos de fluxo vertical•Floculador AlabamaFloculador Alabama•Floculadores em meio porosoFloculadores em meio poroso

Page 35: Aula 6 - Floculação.ppt

PROCESSO DE FLOCULAÇÃOPROCESSO DE FLOCULAÇÃOFLOCULADORES FLOCULADORES HIDRÁULICOSHIDRÁULICOS

Page 36: Aula 6 - Floculação.ppt

Processo de FloculaçãoProcesso de FloculaçãoFloculadores HidráulicosFloculadores Hidráulicos

Page 37: Aula 6 - Floculação.ppt

PROCESSO DE FLOCULAÇÃOPROCESSO DE FLOCULAÇÃOFLOCULADORES FLOCULADORES HIDRÁULICOSHIDRÁULICOS

Page 38: Aula 6 - Floculação.ppt

PROCESSO DE FLOCULAÇÃOPROCESSO DE FLOCULAÇÃOETA DUARTINA (SABESP)ETA DUARTINA (SABESP)FLOCULADOR DE FLUXO FLOCULADOR DE FLUXO

HORIZONTALHORIZONTAL

Page 39: Aula 6 - Floculação.ppt

PROCESSO DE FLOCULAÇÃOPROCESSO DE FLOCULAÇÃOETA DUARTINA (SABESP)ETA DUARTINA (SABESP)FLOCULADOR DE FLUXO FLOCULADOR DE FLUXO

HORIZONTALHORIZONTAL

Page 40: Aula 6 - Floculação.ppt

ETA SANTA ISABEL ETA SANTA ISABEL FLOCULADOR DE FLUXO FLOCULADOR DE FLUXO

HORIZONTALHORIZONTAL

Page 41: Aula 6 - Floculação.ppt

ETA SANTA ISABEL ETA SANTA ISABEL FLOCULADOR DE FLUXO FLOCULADOR DE FLUXO

HORIZONTALHORIZONTAL

Page 42: Aula 6 - Floculação.ppt

ETA SANTA ISABEL ETA SANTA ISABEL FLOCULADOR DE FLUXO FLOCULADOR DE FLUXO

HORIZONTALHORIZONTAL

Page 43: Aula 6 - Floculação.ppt

ETA RIBEIRÃO DA ESTIVAETA RIBEIRÃO DA ESTIVAFLOCULADOR DE FLUXO FLOCULADOR DE FLUXO

VERTICALVERTICAL

Page 44: Aula 6 - Floculação.ppt

ETA RIBEIRÃO DA ESTIVAETA RIBEIRÃO DA ESTIVAFLOCULADOR DE FLUXO FLOCULADOR DE FLUXO

VERTICALVERTICAL

Page 45: Aula 6 - Floculação.ppt

ETA RIBEIRÃO DA ESTIVAETA RIBEIRÃO DA ESTIVAFLOCULADOR DE FLUXO FLOCULADOR DE FLUXO

VERTICALVERTICAL

Page 46: Aula 6 - Floculação.ppt

ETA ALDEIA DA SERRAETA ALDEIA DA SERRAFLOCULADOR ALABAMAFLOCULADOR ALABAMA

Page 47: Aula 6 - Floculação.ppt

ETA ALDEIA DA SERRAETA ALDEIA DA SERRAFLOCULADOR ALABAMAFLOCULADOR ALABAMA

Page 48: Aula 6 - Floculação.ppt

ETA ALDEIA DA SERRAETA ALDEIA DA SERRAFLOCULADOR ALABAMAFLOCULADOR ALABAMA

Page 49: Aula 6 - Floculação.ppt

PROCESSO DE FLOCULAÇÃOPROCESSO DE FLOCULAÇÃOFLOCULADORES ALABAMAFLOCULADORES ALABAMA

Page 50: Aula 6 - Floculação.ppt

PROCESSO DE PROCESSO DE FLOCULAÇÃOFLOCULAÇÃO

Dispositivos mecânicosDispositivos mecânicos

•Agitadores de fluxo radialAgitadores de fluxo radial•Agitadores de fluxo axialAgitadores de fluxo axial•Agitadores de fluxo radial e axialAgitadores de fluxo radial e axial

Page 51: Aula 6 - Floculação.ppt

SISTEMAS DE AGITAÇÃOSISTEMAS DE AGITAÇÃOESCOAMENTO AXIAL E ESCOAMENTO AXIAL E

RADIALRADIAL

Page 52: Aula 6 - Floculação.ppt

SISTEMAS DE AGITAÇÃOSISTEMAS DE AGITAÇÃO ESCOAMENTO AXIAL E ESCOAMENTO AXIAL E

RADIALRADIAL

Page 53: Aula 6 - Floculação.ppt

PROCESSO DE FLOCULAÇÃOPROCESSO DE FLOCULAÇÃOETA ALTO DA BOA VISTAETA ALTO DA BOA VISTA

Sistemas de floculação

Page 54: Aula 6 - Floculação.ppt

PROCESSO DE FLOCULAÇÃOPROCESSO DE FLOCULAÇÃOETA ALTO DA BOA VISTAETA ALTO DA BOA VISTA

Page 55: Aula 6 - Floculação.ppt

PROCESSO DE FLOCULAÇÃOPROCESSO DE FLOCULAÇÃOETA ALTO DA BOA VISTAETA ALTO DA BOA VISTA

Page 56: Aula 6 - Floculação.ppt

Sistemas de floculação !!!

PROCESSO DE FLOCULAÇÃOPROCESSO DE FLOCULAÇÃOETA GUARAÚ (SABESP)ETA GUARAÚ (SABESP)

Page 57: Aula 6 - Floculação.ppt

PROCESSO DE FLOCULAÇÃOPROCESSO DE FLOCULAÇÃOETA GUARAÚ (SABESP)ETA GUARAÚ (SABESP)

Page 58: Aula 6 - Floculação.ppt

PROCESSO DE FLOCULAÇÃOPROCESSO DE FLOCULAÇÃOETA GUARAÚ (SABESP)ETA GUARAÚ (SABESP)

Page 59: Aula 6 - Floculação.ppt

PROCESSO DE FLOCULAÇÃOPROCESSO DE FLOCULAÇÃOETA ALTO TIÊTE (SABESP) ETA ALTO TIÊTE (SABESP)

Sistemas de floculação

Page 60: Aula 6 - Floculação.ppt

PROCESSO DE FLOCULAÇÃOPROCESSO DE FLOCULAÇÃOETA ALTO TIÊTE (SABESP) ETA ALTO TIÊTE (SABESP)

Page 61: Aula 6 - Floculação.ppt

PROCESSO DE FLOCULAÇÃOPROCESSO DE FLOCULAÇÃOETA ALTO TIÊTE (SABESP) ETA ALTO TIÊTE (SABESP)

Page 62: Aula 6 - Floculação.ppt

PROCESSO DE FLOCULAÇÃOPROCESSO DE FLOCULAÇÃOETA ALTO TIÊTE (SABESP) ETA ALTO TIÊTE (SABESP)

Page 63: Aula 6 - Floculação.ppt

PROCESSO DE FLOCULAÇÃOPROCESSO DE FLOCULAÇÃOETA ALTO TIÊTE (SABESP) ETA ALTO TIÊTE (SABESP)

Page 64: Aula 6 - Floculação.ppt

PROCESSO DE FLOCULAÇÃOPROCESSO DE FLOCULAÇÃOETA ALTO TIÊTE (SABESP) ETA ALTO TIÊTE (SABESP)

Page 65: Aula 6 - Floculação.ppt

PROCESSO DE FLOCULAÇÃOPROCESSO DE FLOCULAÇÃOETA ALTO TIÊTE (SABESP) ETA ALTO TIÊTE (SABESP)

Page 66: Aula 6 - Floculação.ppt

Agitadores de fluxo radialvFP

aot.

2

... 2vACF pd

a

2

... 3vACP pd

ot

Agitadores de fluxo axial

53 ... DnKPTot

Fa=força de arraste (N)v=velocidade (m/s)Cd=coeficiente de arrasteAp=área projetadan=rotação (rps)D=diâmetro do rotor (m)P=Potência (W)

CÁLCULO DO GRADIENTE DE CÁLCULO DO GRADIENTE DE VELOCIDADEVELOCIDADE

Page 67: Aula 6 - Floculação.ppt

Agitadores de fluxo axial53 ... DnKP

Tot

Fa=força de arraste (N)v=velocidade (m/s)Cd=coeficiente de arrasteAp=área projetadan=rotação (rps)D=diâmetro do rotor (m)P=Potência (W)

ol

ot

VP

G.

Tipo de rotor Valor de KT

Hélice propulsora marítima (3 hélices)

0,87

Turbina (seis palhetas retas) 5,75

Turbina (seis palhetas curvas) 4,80

Turbina com quatro palhetas inclinadas a 450

1,27

Turbina com quatro palhetas inclinadas a 320

1,0 a 1,2

Turbina com seis palhetas inclinadas a 450

1,63

CÁLCULO DO GRADIENTE DE CÁLCULO DO GRADIENTE DE VELOCIDADEVELOCIDADE

Page 68: Aula 6 - Floculação.ppt

SISTEMAS DE AGITAÇÃOSISTEMAS DE AGITAÇÃO ESCOAMENTO RADIAL ESCOAMENTO RADIAL

5,55 aKT

Page 69: Aula 6 - Floculação.ppt

SISTEMAS DE AGITAÇÃOSISTEMAS DE AGITAÇÃO ESCOAMENTO RADIAL ESCOAMENTO RADIAL

0,25,1 aKT

Page 70: Aula 6 - Floculação.ppt

SISTEMAS DE AGITAÇÃOSISTEMAS DE AGITAÇÃO ESCOAMENTO AXIAL ESCOAMENTO AXIAL

8,05,0 aKT

Page 71: Aula 6 - Floculação.ppt

SISTEMAS DE AGITAÇÃOSISTEMAS DE AGITAÇÃO ESCOAMENTO AXIAL ESCOAMENTO AXIAL

3,12,1 aKT

Page 72: Aula 6 - Floculação.ppt

SISTEMAS DE AGITAÇÃOSISTEMAS DE AGITAÇÃO ESCOAMENTO AXIAL ESCOAMENTO AXIAL

4,03,0 aKT

Page 73: Aula 6 - Floculação.ppt

MODELAÇÃO MATEMÁTICA MODELAÇÃO MATEMÁTICA DO PROCESSO DE DO PROCESSO DE

FLOCULAÇÃOFLOCULAÇÃO

Agregação

Ruptura

Page 74: Aula 6 - Floculação.ppt

MODELAÇÃO MATEMÁTICA MODELAÇÃO MATEMÁTICA DO PROCESSO DE DO PROCESSO DE

FLOCULAÇÃOFLOCULAÇÃO

Agregação

nGkdtdn

a ..

Constante de agregaçãoka=1.10-5 a 5.10-4

Page 75: Aula 6 - Floculação.ppt

MODELAÇÃO MATEMÁTICA MODELAÇÃO MATEMÁTICA DO PROCESSO DE DO PROCESSO DE

FLOCULAÇÃOFLOCULAÇÃO

02 .. nGk

dtdn

b

Constante de rupturakb=1.10-6 a 1.10-8 s

Ruptura

Page 76: Aula 6 - Floculação.ppt

MODELAÇÃO MATEMÁTICA MODELAÇÃO MATEMÁTICA DO PROCESSO DE DO PROCESSO DE

FLOCULAÇÃOFLOCULAÇÃO

Agregação

Ruptura

02 .... nGknGk

dtdn

ba

Page 77: Aula 6 - Floculação.ppt

MODELAÇÃO MATEMÁTICA DO MODELAÇÃO MATEMÁTICA DO PROCESSO DE FLOCULAÇÃOPROCESSO DE FLOCULAÇÃO

REATOR EM BATELADAREATOR EM BATELADA

02 .... nGknGk

dtdn

ba

Vdtdn

nQtn

VQn .... 000

tGKaeGKK

GKKn

n

a

b

a

b ..

0

..1.

1

Q(t), Ce(t)

V0

V(t)

Page 78: Aula 6 - Floculação.ppt

MODELAÇÃO MATEMÁTICA DO MODELAÇÃO MATEMÁTICA DO PROCESSO DE FLOCULAÇÃOPROCESSO DE FLOCULAÇÃO

REATOR DE MISTURA REATOR DE MISTURA COMPLETACOMPLETA

02 .... nGknGk

dtdn

ba

Qe(t), Ce(t)

V0

Qs(t), C(t)

C(t)

..1

..12

0

GK

GKnn

b

a

dtdnnn

tn

0

Page 79: Aula 6 - Floculação.ppt

MODELAÇÃO MATEMÁTICA DO MODELAÇÃO MATEMÁTICA DO PROCESSO DE FLOCULAÇÃO - PROCESSO DE FLOCULAÇÃO -

REATORES DE MISTURA COMPLETA REATORES DE MISTURA COMPLETA EM SÉRIEEM SÉRIE

02 .... nGknGk

dtdn

ba

1 2 3 n

Q,C0

C1 C2 C3 Cn

Q,C1 Q,C2Q,C3 Q,C n-1

Q,Cn

1

0

2

0

)..1(...1

)..1(m

i

iiaib

mia

GKGK

GKnn

Page 80: Aula 6 - Floculação.ppt

MODELAÇÃO MATEMÁTICA DO MODELAÇÃO MATEMÁTICA DO PROCESSO DE FLOCULAÇÃOPROCESSO DE FLOCULAÇÃOREATOR PISTONADO IDEALREATOR PISTONADO IDEAL

02 .... nGknGk

dtdn

ba

L

dx

dy

dz

Q,C0 Q,C

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xdx, .

v c,

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xn

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0

..1.

1

GKaeGKK

GKKn

n

a

b

a

b

Page 81: Aula 6 - Floculação.ppt

COMPORTAMENTO FISICO DO COMPORTAMENTO FISICO DO PROCESSO DE FLOCULAÇÃOPROCESSO DE FLOCULAÇÃO

REATOR EM BATELADAREATOR EM BATELADA

0

2

4

6

8

10

12

14

16

0 10 20 30 40 50 60

Tempo (minutos)

N0/

N

no/n - (G=20 s-1)

no/n - (G=50 s-1)

no/n - (G=80 s-1)

ka=5.10-5

kb=1.10-7 s

Page 82: Aula 6 - Floculação.ppt

COMPORTAMENTO FISICO DO COMPORTAMENTO FISICO DO PROCESSO DE FLOCULAÇÃOPROCESSO DE FLOCULAÇÃO

REATOR EM BATELADAREATOR EM BATELADA

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

0 10 20 30 40 50 60

Tempo de Floculação (minutos)

no

/n

no/n (Kb=2.10-7)

no/n (Kb=5.10-7)

no/n (Kb=8.10-7)

no/n (Kb=1.10-6)Gradiente de velocidade=30 s-1

Constante de agregação=1.10-4

Page 83: Aula 6 - Floculação.ppt

COMPORTAMENTO FISICO DO COMPORTAMENTO FISICO DO PROCESSO DE FLOCULAÇÃOPROCESSO DE FLOCULAÇÃO

REATOR EM BATELADAREATOR EM BATELADA

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120

Gradiente de Velocidade (s-1)

no

/n

no/n (T=10 min)

no/n (T=20 min)

no/n (T=30 min)

no/n (T=45 min)

no/n (T=60 min)

Ka=5*10-5

Kb=1*10-7 s

Page 84: Aula 6 - Floculação.ppt

COMPORTAMENTO FISICO DO COMPORTAMENTO FISICO DO PROCESSO DE FLOCULAÇÃOPROCESSO DE FLOCULAÇÃOCOMPORTAMENTO ENTRE COMPORTAMENTO ENTRE

REATORESREATORES

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30

Tempo de floculação (min)

N0/

N

N0/N - Reator de Mistura Completa

N0/N - Reator Pistonado Ideal

Gradiente de velocidade=50 s-1

Ka=5.10-5

Kb=1.10-7 s

Page 85: Aula 6 - Floculação.ppt

COMPORTAMENTO FISICO DO COMPORTAMENTO FISICO DO PROCESSO DE FLOCULAÇÃOPROCESSO DE FLOCULAÇÃOCOMPORTAMENTO ENTRE COMPORTAMENTO ENTRE

REATORESREATORES

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Número de Reatores em Série

N0/

N

N0/N - Reator de mistura completa - (G=20 s-1) No/N - Reator de mistura completa - (G=50 s-1)

N0/N - Reator de mistura completa - (G=80 s-1) N0/N - Reator pistonado ideal - (G=20 s-1)

N0/N - Reator pistonado ideal - (G=50 s-1) N0/N - Reator pistonado ideal - (G=80 s-1)

Tempo de floculação=30 min

Ka=5*10-5

Kb=1*10-7 s

Page 86: Aula 6 - Floculação.ppt

PROCESSO DE FLOCULAÇÃO PROCESSO DE FLOCULAÇÃO EFEITO DO GRADIENTE DE EFEITO DO GRADIENTE DE

VELOCIDADE VELOCIDADE

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60

Tempo de floculação (min)

T/T

0

G = 20 s-1

G = 30 s-1

G = 40 s-1

G = 60 s-1

G = 80 s-1

G = 100 s-1

Dosagem de coagulante: 20 mg/lVelocidade de sedimentação: 54 m/diaTurbidez da água bruta:50,3 UNT

Page 87: Aula 6 - Floculação.ppt

PROCESSO DE FLOCULAÇÃO PROCESSO DE FLOCULAÇÃO EFEITO DO GRADIENTE DE EFEITO DO GRADIENTE DE

VELOCIDADE VELOCIDADE

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60

Tempo de floculação (min)

T/T

0

G = 20 s-1

G = 30 s-1

G = 40 s-1

G = 60 s-1

G = 80 s-1

G = 100 s-1

Dosagem de coagulante: 20 mg/lVelocidade de sedimentação: 27 m/diaTurbidez da água bruta:50,3 UNT

Page 88: Aula 6 - Floculação.ppt

PROCESSO DE FLOCULAÇÃO PROCESSO DE FLOCULAÇÃO EFEITO DA DOSAGEM DE EFEITO DA DOSAGEM DE

COAGULANTE COAGULANTE

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60

Tempo de floculação (min)

T/T

0

0,81mg/l

1,62 mg/l

2,43 mg/l

3,34 mg/l

4,86 mg/l

6,49 mg/l

Gradiente de velocidade: 30 s-1

Velocidade de sedimentação: 54 m/diaTurbidez da água bruta:50 UNT

Page 89: Aula 6 - Floculação.ppt

PROCESSO DE FLOCULAÇÃO PROCESSO DE FLOCULAÇÃO EFEITO DA DOSAGEM DE EFEITO DA DOSAGEM DE

COAGULANTE COAGULANTE

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60

Tempo de floculação (min)

T/T

0

0,81mg/l

1,62 mg/l

2,43 mg/l

3,34 mg/l

4,86 mg/l

6,49 mg/l

Gradiente de velocidade: 30 s-1

Velocidade de sedimentação: 54 m/diaTurbidez da água bruta:15 UNT

Page 90: Aula 6 - Floculação.ppt

DIAGRAMAS DE COAGULAÇÃO DIAGRAMAS DE COAGULAÇÃO FLOCULAÇÃO E FLOCULAÇÃO E

SEDIMENTAÇÃO SEDIMENTAÇÃO

4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00

pH

R em oção de Turb idez (% ) para acidez -2 ,00%

4.00

5.00

6.00

7.00

8.00

9.00

10.00

11.00

12.00

13.00

Fe

+3

(mg/

l)

78.0054.55 39.3933.3351.52 39.39 39.39

76.0077.78 50.0074.0063.8966.67 58.33 63.89

80.56 80.56 69.44 72.2261.11 63.89 74.0056.00 72.00

73.53 76.47 79.41 80.8870.5967.6570.59 67.65 55.88

75.00 72.22 72.2275.0070.59 67.65 67.65

82.35 79.41 85.29 79.41 76.4773.53 73.53

53.13 62.50 68.75 82.8175.0075.0069.70 66.67 60.61

54.55 78.79 78.7978.7981.8278.7971.2175.76 72.73

75.68 64.86 67.5783.7886.4983.7870.5970.59 67.65

11.76 47.06 61.76 64.7170.5982.35 70.5970.59 67.65

5.00 6.00 7.00 8.00 9.00

pH

R em oção de Turbidez (% ) para acidez +1,20%

4.00

5.00

6.00

7.00

8.00

9.00

10.00

11.00

12.00

13.00

Fe

+3

(mg/

l)

40.00 46.67 26.67 66.67 26 .67 33.33 23 .33

53 .70 48.15 60.00 44.44 60 .00

53.57 64.29 67 .86 48.00 32 .00 48.00 48.28

75.00 77.78 72.2280.56 75.00 77.78

59 .38 62.50 65.63 66.67 63.33 46.6743.33

41 .18 61.76 67.65 70.59 61 .76

41.94 51.61 67.74 62 .90 58.62 67.6562.50 38 .71

10.71 42.86 67.86 67.86 73 .53 73.21 71 .88 60.71

63.33 66 .67 76 .67 70 .59 68 .97 56.67 60 .00 33 .33

68.75 71.88 71.88 68 .97 70.00 66 .67 36.67

52 .94 70.5976.47 67 .65 65.6361.76 68.75 12 .50

26.67 53.33 73.33 70.0068 .33

Page 91: Aula 6 - Floculação.ppt

UNIDADES DE UNIDADES DE FLOCULAÇÃOFLOCULAÇÃO

DIMENSIONAMENTODIMENSIONAMENTO Gradientes de velocidade situados entre Gradientes de velocidade situados entre

80 s 80 s-1-1 e 20 s e 20 s-1-1

Gradientes de velocidade escalonados e Gradientes de velocidade escalonados e decrescentes de montante para jusantedecrescentes de montante para jusante

03 a 05 câmaras de floculação em série03 a 05 câmaras de floculação em série Tempo de detenção hidráulico situado Tempo de detenção hidráulico situado

entre 20 e 40 minutos (Tratamento entre 20 e 40 minutos (Tratamento convencional)convencional)

Page 92: Aula 6 - Floculação.ppt

Muito Muito Obrigado !!!Obrigado !!!