aula 8 - tratamento de agua - coagulacao e mistura rapida

Coagulao e Floculao Coagulao e Floculao

Universidade Federal de Ouro PretoEscola de Minas

Departamento de Engenharia CivilCIV 640 Saneamento Urbano

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Objetivo da aula 7 Objetivo da aula 7



Ao final desta aula o (a) aluno (a) dever reconhecer as principais conceitos do de

coagulao e floculao

CoagulaoCoagulao



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Slidos Presentes na gua

Slidos Presentes na gua

Figura 2: gua Bruta ETA Itabirito

Superfcie Especfica

Superfcie Especfica

a rea (em m2) medida em uma massa (g) de argila ou outro colide

Colide Superfcie especfica (m2/g)Colide Superfcie especfica (m2/g)

Caulinita (1:1) 5 a 20

xidos de Ferro 100 a 400

Montmorilonita (2:1) 700 a 800

Matria Orgnica 700

Desestabilizao de partculas coloidais

Coagulao

o processo de desestabilizao de partculas dispersasem gua de abastecimento atravs da introduo nomeio de produtos qumicos coagulantesmeio de produtos qumicos coagulantes

Adio de ons com carga oposta carga da partculas;

Coalescncia das partculas;


Floculao

o fenmeno atravs do qual as partculasdesestabilizadas chocam-se umas com as outras paraformar cogulos maioresformar cogulos maiores

Aplicao do Coagulante

Tem que ser de forma mais uniforme possvel

Tempo mais curto

Alta intensidade de agitao


pH cal hidratada

pH cido sulfrico

Figura 3: Casa de qumica.


Coagulantes utilizados

Sulfato de alumnio

Cloreto frrico Cloreto frrico

Sulfato frrico

Hidroxi-cloreto de alumnio (HCA ou PAC)


Qumica do sulfato de alumnio:

Al2(SO4)3 + 6H2O 2Al3+ + 6OH + 3SO4

2-Al2(SO4)3 + 6H2O 2Al + 6OH + 3SO4

Al(H2O)63+

Al13(OH)345+, Al17(OH)17

4+, Al18(OH)204+, Al16(OH)15

3+



Dificuldades para a desestabilizao:Dificuldades para a desestabilizao:

Dupla capa de cargas positivas ao redor do colide

Tempo de vida dos produtos da hidrlise



Figura 4: Modelo da dupla camada



Desestabilizao por adsoro: o processo quedesestabiliza os colides atravs da adsoro, em suasuperfcie, de produtos de hidrlise do alumnio, de cargasuperfcie, de produtos de hidrlise do alumnio, de cargaoposta.

Desestabilizao por varredura: o processo quedesestabiliza os colides atravs da saturao da gua emtratamento com o gel hidrxido de alumnio, e arraste doscolides aprisionados nesse gel.

Principais mecanismos de coagulao

Adsoro-neutralizao de cargas

Aps a dispero do coagulante h formao de espcies hidrolizadas de carga positiva que so adsorvidas na superfcie das partculasadsorvidas na superfcie das partculas

Varredura

Em funo da dosagem do coagulante (maior que no mecanismo anterior) e do pH as partculas coloidais so adsorvidas e as suspensas so envolvidas pelo precipitado de alumnio ou ferro.

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Desestabilizao por Adsoro

Qumica do sulfato de alumnio

A desestabilizao por varredura feita pelo hidrxidode alumnio Al(OH)3 gel


de alumnio Al(OH)3 gel

O Al(OH)3 insolvel nas condies de pH da gua detratamento

Precipita quando a gua fica em repouso

Gel choca-se com as partculas e as adsorvem



Desestabilizao por Varredura


1) Adsoro

- Dosagem de Al(OH)3 < 2,0 mg/l


- Dosagem de Al(OH)3 < 2,0 mg/l

- pH = 5,0 - 7,0

2) Regio de restabilizao- cargas positivas

3) Varredura

- Dosagem de Al(OH)3 > 15 mg/l

- pH = 5,8 9,2

4) Adsoro/varredura



Diagrama para Projeto e Operao Utilizando Sulfato de Alumnio

Ensaio de Jarros ou Jartest

Diferentes dosagens de coagulantes

Diferentes pH

Diferentes gradientes mdios de velocidade

Diferentes tempo de mistura

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Diagrama de coagulaoPAC

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Dimensionamento da coagulao

Dose do coagulante e dimenses do misturador

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Conceito

Operao destinada a dispersar produtos qumicos na gua aser tratada, em particular no processo de coagulao (NBR12216).

Unidades de Mistura Rpida

12216).

Fatores que influenciam na coagulao

a) Tipo de coagulante utilizadob) Concentrao do coagulantec) Gradiente de velocidaded) Tempo de mistura

As condies ideais em termos de gradiente de velocidade, tempode mistura e concentrao da soluo de coagulante devem serdeterminadas preferencialmente atravs de ensaios delaboratrio. Caso no seja possvel, observar a seguinteorientao:

Disposies da NBR 12216

orientao:

Coagulantes metlicos hidrolisveis:

a) Gradiente de velocidade 700 s-1 e 1100 s-1

b) Tempo de mistura inferior a 5s

Polieletrlitos:

Obedecer as recomendaes do fabricante

Constituem dispositivos de mistura:

a) Qualquer trecho ou seo de canal ou de canalizao queproduza perda de carga compatvel com as condiesdesejadas, em termos de gradiente de velocidade e tempo


desejadas, em termos de gradiente de velocidade e tempode mistura;

b) Difusores que produzam jatos da soluo de coagulante,aplicados no interior da gua a ser tratada;

c) Agitadores mecanizados;

d) Entrada de bombas centrfugas

Misturadores hidrulicos

Medidor Parshall (Calha Parshall)

Vertedouros

Tipos de Misturadores

Vertedouros

Difusores ou malhas difusoras

Misturadores mecanizados

Turbinas

Hlices

Medidor Parshall

Figura 1: Esquema de uma Calha Parshall Convencional

Medidor Parshall

V

N

K

Ponto de disperso do coagulante

D D'

W C

FB G

2/3B

Figura 2: Medidor Parshall (planta e corte) utilizado como unidade de misturarpida

Fonte: Libnio, 2008.

Medidor Parshall

Figura 4: Medidor Parshall, ETAItabirito.

Foto: Elaine Oliveira.

Medidor Parshall

Figura 4: Medidor Parshall,

Vertedouros

Floculante colocado em calha perfurada paradistribuio uniforme ao longo de toda a quedadgua.

Figura 6: Vertedor retangular utilizado para mistura rpida.

So dispositivos que produzem jatos da soluo de coagulante,aplicados no interior da gua a ser tratada.

Malhas Difusoras

Figura 8: Esquema do de uma malha difusora.

Mistura rpida

Malhas difusoras

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A dissipao de energia correspondente ocorrer no volume de gua situado aat duas vezes e meia o espaamento entre os orifcios (V = 2,5 AE) (AzevedoNetto et al.)

Malhas Difusoras

Figura 9: Distncia para a Dissipao da Energia dos jatos Originrios da Malhadifusora.

Dispositivos da NBR 12216:

a) A aplicao de soluo de coagulante deve seruniformemente distribuda, atravs de jatos no-dirigidos nomesmo sentido do fluxo

Malhas Difusoras

mesmo sentido do fluxo

b) Velocidade mnima da gua do reator: 2 m/s

c) rea mxima da seo transversal do reator correspondente acada orifcio: 200 cm2

d) Dimetro mnimo dos orifcios da malha difusora: 3 mm

e) O sistema difusor deve permitir limpezas peridicas nastubulaes que distribuem a soluo de coagulante

Malhas Difusoras

Figura 10: Esquema da malha difusora do exerccio 3.

Tipos de agitadores

Agitadores Mecanizados

Figura 11: Agitadores tipo turbina e de hlices utilizados para mistura rpida.

Agitadores Mecanizados

Figura 12: Padro do fluxo para agitadores tipo turbina e hlice.

Mistura rpida

Misturador mecnico: turbina axial

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Floculao Floculao



Floculao Floculao

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Sistema de Abastecimento de gua

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Floculao

Floculao

o fenmeno atravs do qual as partculasdesestabilizadas chocam-se umas com as outras paraformar cogulos maiores

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formar cogulos maiores

Floculadores:

So unidades utilizadas para promover a agregao departculas formadas na mistura rpida (NBR 12216)

Fora de Arraste

Fd fora de arraste;Cd coeficiente de arraste

Fd = Cd.A..v2/2g

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Cd coeficiente de arrasteA rea do corpov velocidade do corpo em relao ao fluido peso especfico do lquido.

A fora de arraste (Fd) depende: Energia cintica (v2/2g) rea do corpo Forma geomtrica do corpo (Cd)

Cintica Choque entre Partculas

Os choques entre partculas individuais resultamde:

Movimento pericintico: decorre do movimento

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Movimento pericintico: decorre do movimentoBrowniano e da ao da gravidade

Movimento Ortocintico: so aquelesdecorrentes da introduo de energia externa

Movimento OrtocinticoDe acordo com Smoluchowski:

Nij = nmero de choques, por unidade de tempo e volume,

jijiji

bij nnRR

RR

TKN .

11

3

...4

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Nij = nmero de choques, por unidade de tempo e volume,

Kb = Constante de boltzman

T = Temperatura absoluta

Ri = raio da partcula i

Rj = raio a partcula j

Ni = numero de partculas de tamano i por unidade de volume

Nj = nmero de partculas de tamanho j por unidade de volume

Projeto de Floculadores

Elementos bsicos utilizados em projetos:

Gradiente de velocidade G -(potncia dissipadana massa lquida)*

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na massa lquida)*

Tempo de mistura- T*

Nmero de Camp = G.T (n adimensional)

* Gradiente e tempo de deteno so parmetros que influenciam aoportunidade de choques entre as partculas.


A agitao da gua pode ser promovida por meios mecnicos ouhidrulicos.

O perodo de deteno no tanque de floculao e os gradientes develocidade a serem aplicados devem ser determinados por meio deensaios realizados com a gua a ser tratada.

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Dependendo do porte da estao e a critrio do rgo contratante,no sendo possvel proceder aos ensaios destinados a determinar operodo de deteno adequado, podem ser adotados valores entre 20min e 30 min, para floculadores hidrulicos, e entre 30 min e 40 min,para os mecanizados.

No sendo realizados ensaios deve ser pevistogradiente de velocidade, no primeirocompartimento de 70s- e mnimo, no ltimo, de 10s-.


s-.

Deve ser previsto dispositivos que possa alterar ogradiente de velocidade aplicado, ajustando-os ascaractersticas da gua e permitindo variaes depelo menos 20% a mais e a menos do fixado para ocompartimento

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Os tanques de floculao devem ser subdivididos empelo menos 03 cmaras, separados por cortinas ouparede interligados por aberturas


Quando o fluxo de gua incide diretamente sobre asaberturas, deve-se colocar um anteparo capaz dedesvia-lo

51


Os tanques de floculao devem ser providos dedescarga com dimetro mnimo de 150 mm e fundocom declividade mnima de 1%, na direo desta.

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Os tanques de floculao devem apresentar a maiorparte da superfcie livre exposta, de modo a facilitar oexame de processo.

Tipos de FloculadoresFloculadores Mecanizados

Introduz equipamentos mecanizados capazes de mantera gua em constante agitao

a) Agitadores do tipo de Fluxo Axial (Turbinas e Hlices)

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b) Agitadores do tipo paletas

paletas de eixo vertical

paleta nica de eixo vertical

paletas de eixo horizontal

Agitador fluxo Axial - Turbina

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Floculador - Tipo Turbina

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Floculador - Tipo Turbina

Floculador ETA ItacolomiFoto: Peterson

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Floculador Paleta de eixo vertical

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Floculadores mecnicos paleta de eixo vertical

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Floculador Paleta de eixo vertical

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Consideraes sobre distribuio de gua floculada

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Floculador Paleta de eixo horizontal

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Floculador Paleta nica de eixo horizontal

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A potncia fornecida gua por agitadores mecnicos deveser determinada pela expresso (NBR 12216):

P = .G2.Vol

Onde:

Agitadores Mecnicos

Onde:

P potncia, em W

- viscosidade dinmica, em Pa.s

G gradiente de velocidade, em s-1

Vol volume til do compartimento, em m3

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Floculadores Hidrulicos

Faz a gua percorrer um caminho cheio de mudanasde direo

Tipos de Floculadores

Floculador de chicanas

chicanas verticais

chicanas horizontais

Floculador tipo Alabama

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Floculao (recapitulando)

Objetiva promover choque entre as partculasdesestabilizadas pela ao do coagulante paraformao de flocos a serem removiidos porsedimentao ou flotao.

Principais fatores intevenientes

Tempo

Gradiente mdio de velocidade

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Dimensionamento de Floculadores

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Floculador hidrulico

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Floculador Chicanas Verticais

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Floculador Chicanas Verticais

Floculador ETA Itacolomi

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Floculador Chicanas Horizontais

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Floculador Tipo Alabama

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O gradiente de velocidade em um compartimento dofloculador hidrulico dado pela seguinte expresso(NBR12216):

Floculador Hidrulico

f

f

vT

ghG

Onde:

v viscosidade cinemtica (m2/s)

Tf tempo de deteno terico para cada cmara de floculao (s)

hf - perda de carga nas passagens (m)

g acelarao da gravidade (m/s2)

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fvT

Disposies da NBR 12216:

a) Nos floculadores hidrulicos, a agitao deve ser obtida pormeio de chicanas ou outros dispositivos direcionais de fluxo queconfiram gua movimento horizontal, vertical ou helicoidal; aintensidade de agitao resulta da resistncia hidrulica aoescoamento e medida pela perda de carga.


escoamento e medida pela perda de carga.

b) A velocidade da gua ao longo dos canais deve ficar entre 10cm/s e 30 cm/s.

c) O espaamento mnimo entre chicanas deve ser de 0,60 m,podendo ser menor, desde que elas sejam dotadas dedispositivos para sua fcil remoo.

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Floculadores Hidrulicos:

Pouca flexibilidade (variao de vazo)

Perda de carga

Impossibilidade de alterar o Gradiente de Velocidade Impossibilidade de alterar o Gradiente de Velocidade

Menores custo de implantao,,operao e manuteno

No exige pessoal qualificado para manuteno

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Outras Modalidades

Floculador Hidrulico tipo bandeja perfurada

Floculao em meio granular

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Consideraes sobre distribuio de gua floculada

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Obrigado

[email protected]

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