profa. margarita mª. dueÑas orozco margarita.unir@gmail · introduÇÃo Água bruta Água tratada...
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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
mailto:[email protected]
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INTRODUÇÃO
Processos de tratamento de água
CLARIFICAÇÃO
DESINFECÇÃO
FLUORETAÇÃO
CONTROLE DE CORROSÃO
Remoção de sólidos
Eliminação de microorganismos
Prevenção de cárie
Aspectos econômicos
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INTRODUÇÃO
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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
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TRATAMENTO CONVENCIONAL
Clarificação
+
Filtração
+
Desinfecção
COAGULAÇÃO +
FLOCULAÇÃO +
DECANTAÇÃO/FLOTAÇÃO
INTRODUÇÃO
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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
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INTRODUÇÃO
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INTRODUÇÃO
IMPUREZAS - Part. coloidais - Substâncias húmicas - Organismos
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INTRODUÇÃO
IMPUREZAS - Part. Coloidais - Substancias húmicas - Organismos
REPULSÃO
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INTRODUÇÃO
REMOÇÃO DE IMPUREZAS
Alterar características
PROCESSOS Coagulação Floculação
Sedimentação – flotação Filtração
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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
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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
;
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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)
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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.
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COAGULAÇÃO
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COAGULAÇÃO
Objetivos:
Turbidez
Cor verdadeira e aparente
Substâncias (odor, sabor)
Micro-organismos
Algas e plâncton
Precipitados químicos
Fosfatos
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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.)
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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
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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
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COAGULANTES
Sulfato de alumínio
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COAGULANTES
Cloreto férrico
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COAGULANTES
FATORES QUE INFLUENCIAM NA
COAGULAÇÃO
Tipo de coagulante
Dosagens
Uniformidade de aplicação de
produtos químicos
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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.
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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.
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MECANISMOS DE COAGULAÇÃO
Representação esquemática da formação de pontes químicas com emprego de polímeros. (Libânio, 2010).
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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
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MECANISMOS DE COAGULAÇÃO
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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.
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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
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TIPOS DE UNIDADES DE MISTURA RÁPIDA
SISTEMAS HIDRÁULICOS
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TIPOS DE UNIDADES DE MISTURA RÁPIDA
SISTEMAS MECÂNICOS
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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)
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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
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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
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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
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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).
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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
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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)
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▪ 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
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▪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
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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
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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
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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
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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.
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EXERCÍCIO EM AULA
Calcular o gradiente de velocidade e o tempo de mistura rápida da estrutura esquematizada.
Dados:
- Vazão: 98 l/s
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EXERCÍCIO EM AULA
Calcular o gradiente de velocidade e o tempo de mistura rápida da estrutura esquematizada.
Dados:
- Vazão: 98 l/s
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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.
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CONSIDERAÇÕES FINAIS
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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
http://www.dec.ufcg.edu.br/saneamento/PARSHALL.htmlhttp://www.dec.ufcg.edu.br/saneamento/PARSHALL.htmlhttp://www.dec.ufcg.edu.br/saneamento/PARSHALL.htmlhttp://www.dec.ufcg.edu.br/saneamento/PARSHALL.htmlhttp://www.dec.ufcg.edu.br/saneamento/PARSHALL.htmlhttp://www.dec.ufcg.edu.br/saneamento/PARSHALL.htmlhttp://www.dec.ufcg.edu.br/saneamento/PARSHALL.htmlhttp://www.dec.ufcg.edu.br/saneamento/PARSHALL.htmlhttp://www.dec.ufcg.edu.br/saneamento/PARSHALL.htmlhttp://www.dec.ufcg.edu.br/saneamento/PARSHALL.htmlhttp://www.dec.ufcg.edu.br/saneamento/PARSHALL.htmlhttp://www.dec.ufcg.edu.br/saneamento/PARSHALL.htmlhttp://www.dec.ufcg.edu.br/saneamento/PARSHALL.html