FLOCULAÇÃO Introdução Mecanismos de transporte Floculação Pericinética

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1 FLOCULAÇÃO Introdução Mecanismos de transporte Floculação Pericinética
Floculação Ortocinética Floculação por Sedimentação Diferencial

2 FLOCULAÇÃO Gradientes de Velocidade
Cinética de Floculação de Suspensões Coloidais Agregação e Ruptura Concepção de Sistemas de Floculação Exercício

3 TRATAMENTO CONVENCIONAL DE ÁGUAS DE ABASTECIMENTO
Manancial Coagulação Floculação Sedimentação Filtração Desinfecção Fluoretação Correção de pH Água Final Agente oxidante CAP Coagulante Alcalinizante Polímero Flúor

4 FLOCULAÇÃO

5 DISTRIBUIÇÃO DE TAMANHO DE PARTÍCULAS EM ÁGUAS NATURAIS
coloidais 1 m Partículas dissolvidas Partículas em suspensão Cor real SDT Compostos dissolvidos Turbidez Cor aparente SST 0,45 m

6 COAGULANTES EMPREGADOS EM ENGENHARIA AMBIENTAL
Sulfato de alumínio (sólido ou líquido) Cloreto férrico (líquido) Sulfato férrico (líquido) Cloreto de polialumínio (sólido ou líquido) Coagulantes orgânicos catiônicos (sólido ou líquido)

7 DOSAGENS DE COAGULANTE USUALMENTE EMPREGADOS NO TRATAMENTO DE ÁGUAS DE ABASTECIMENTO
Sulfato de alumínio (5 mg/l a 100 mg/l) Cloreto férrico (5 mg/l a 70 mg/l) Sulfato férrico (8 mg/l a 80 mg/l) Coagulantes orgânicos catiônicos (1 mg/l a 4 mg/l)

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

9 Estabilidade do Colóide
FLOCULAÇÃO Partículas Choques Agregação Processo Físico (Transporte) Estabilidade do Colóide (Coagulação)

10 FLOCULAÇÃO:OBJETIVO Água bruta Água floculada Água coagulada
dp > dc Partículas sedimentáveis Frequência relativa Diâmetro crítico Diâmetro das partículas

11 COALESCÊNCIA E FLOCULAÇÃO

12 FLOCULAÇÃO MECANISMOS DE TRANSPORTE
Floculação Pericinética (Movimento Browniano) As partículas coloidais apresentam um movimento aleatório devido ao seu contínuo bombardeamento pelas moléculas de água. A energia propulsora da floculação pericinética é a energia térmica do fluído.

13 FLOCULAÇÃO MECANISMOS DE TRANSPORTE
Floculação Ortocinética (Gradientes de Velocidade) As partículas são colocadas em contato umas com as outras através do movimento do fluído (Presença de gradientes de velocidade).

14 FLOCULAÇÃO MECANISMOS DE TRANSPORTE
Floculação por Sedimentação Diferencial Partículas coloidais com velocidades distintas podem chocar-se umas com as outras em um elemento de volume.

15 CONCEITO: GRADIENTE DE VELOCIDADE
G=Gradiente de velocidade (s-1) dx dy dz

16 PROCESSO DE FLOCULAÇÃO
Floculadores hidráulicos Floculadores hidráulicos de fluxo horizontal Floculadores hidráulicos de fluxo vertical Floculador Alabama Floculadores em meio poroso

17 PROCESSO DE FLOCULAÇÃO FLOCULADORES HIDRÁULICOS

18 PROCESSO DE FLOCULAÇÃO FLOCULADORES HIDRÁULICOS

19 PROCESSO DE FLOCULAÇÃO FLOCULADORES HIDRÁULICOS

20 ETA DUARTINA (SABESP) FLOCULADOR DE FLUXO HORIZONTAL

21 ETA DUARTINA (SABESP) FLOCULADOR DE FLUXO HORIZONTAL

22 ETA SANTA ISABEL FLOCULADOR DE FLUXO HORIZONTAL

23 ETA SANTA ISABEL FLOCULADOR DE FLUXO HORIZONTAL

24 ETA RIBEIRÃO DA ESTIVA FLOCULADOR DE FLUXO VERTICAL

25 ETA RIBEIRÃO DA ESTIVA FLOCULADOR DE FLUXO VERTICAL

26 ETA RIBEIRÃO DA ESTIVA FLOCULADOR DE FLUXO VERTICAL

27 ETA ALDEIA DA SERRA FLOCULADOR ALABAMA

28 ETA ALDEIA DA SERRA FLOCULADOR ALABAMA

29 ETA ALDEIA DA SERRA FLOCULADOR ALABAMA

30 PROCESSO DE FLOCULAÇÃO FLOCULADORES ALABAMA

31 PROCESSO DE FLOCULAÇÃO
Dispositivos mecânicos Agitadores de fluxo radial Agitadores de fluxo axial Agitadores de fluxo radial e axial

32 SISTEMAS DE AGITAÇÃO ESCOAMENTO AXIAL E RADIAL

33 SISTEMAS DE AGITAÇÃO ESCOAMENTO AXIAL E RADIAL

34 PROCESSO DE FLOCULAÇÃO ETA ALTO TIÊTE (SABESP)

35 PROCESSO DE FLOCULAÇÃO ETA ALTO TIÊTE (SABESP)

36 CÁLCULO DO GRADIENTE DE VELOCIDADE
Agitadores de fluxo axial Agitadores de fluxo radial Fa=força de arraste (N) v=velocidade (m/s) Cd=coeficiente de arraste Ap=área projetada n=rotação (rps) D=diâmetro do rotor (m) P=Potência (W)

37 CÁLCULO DO GRADIENTE DE VELOCIDADE
Agitadores de fluxo axial Fa=força de arraste (N) v=velocidade (m/s) Cd=coeficiente de arraste Ap=área projetada n=rotação (rps) D=diâmetro do rotor (m) P=Potência (W) 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

38 UNIDADES DE FLOCULAÇÃO DIMENSIONAMENTO
Gradientes de velocidade situados entre s-1 e 20 s-1 Gradientes de velocidade escalonados e decrescentes de montante para jusante 03 a 05 câmaras de floculação em série Tempo de detenção hidráulico situado entre 20 e 40 minutos (Tratamento convencional)

39 DIMENSIONAMENTO DE SISTEMAS DE FLOCULAÇÃO
Vazão: 1,0 m3/s Dimensionamento de floculadores hidráulicos de fluxo vertical Dimensionamento de sistemas de floculação mecanizados

40 DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES HIDRÁULICOS
Condicionantes de Projeto Tempo de detenção hidráulico = 30 minutos Sistema de floculação composto por três câmaras em série, com gradientes de velocidade escalonados (70 s-1, 50 s-1 e 20 s-1)

41 DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES HIDRÁULICOS
Profundidade da lâmina líquida=4,5 m Número de decantadores=04 Largura do decantador=12,0 m Será admitido que uma das dimensões do floculador é conhecido, sendo esta função da largura do decantador

42 DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES HIDRÁULICOS

43 DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES HIDRÁULICOS
Cálculo do volume do floculador Cálculo da área superficial do floculador

44 DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES HIDRÁULICOS
Cálculo da largura do floculador Portanto, será admitido um floculador com largura total de 8,4 m, tendo cada canal uma largura individual de 2,8 metros

45 DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES HIDRÁULICOS
Decantador convencional 12,0 m 8,4 m 2,8 m Floculador

46 DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES HIDRÁULICOS
Cálculo do número de espaçamentos entre chicanas em cada câmara de floculação n=número de espaçamentos a=largura do canal do floculador em metros L=comprimento do floculador em metros G=gradiente de velocidade em s-1 Q=vazão em m3/s h=tempo de detenção hidráulico em minutos

47 DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES HIDRÁULICOS
Cálculo do espaçamento entre chicanas Cálculo das velocidades nos trechos retos e curvas 180o

48 DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES HIDRÁULICOS
Quadro resumo dos cálculos iniciais

49 DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES HIDRÁULICOS
Cálculo da extensão dos canais Cálculo do Raio Hidráulico

50 DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES HIDRÁULICOS
Cálculo das perdas de carga distribuídas Cálculo das perdas de carga localizadas

51 DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES HIDRÁULICOS
Cálculo do gradiente de velocidade

52 DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES HIDRÁULICOS
Quadro resumo dos cálculos finais

53 DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES MECANIZADOS
Condicionantes de Projeto Tempo de detenção hidráulico = 30 minutos Sistema de floculação composto por três câmaras em série, com gradientes de velocidade escalonados (70 s-1, 50 s-1 e 20 s-1)

54 DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES MECANIZADOS
Profundidade da lâmina líquida=4,5 m Número de decantadores=04 Largura do decantador=12,0 m Será admitido que uma das dimensões do floculador é conhecido, sendo esta função da largura do decantador

55 DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES MECANIZADOS

56 DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES MECANIZADOS
Cálculo do volume do floculador Cálculo da área superficial do floculador

57 DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES MECANIZADOS
Cálculo da largura do floculador Portanto, será admitido um floculador com largura total de 8,4 m, tendo cada canal uma largura individual de 2,8 metros

58 DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES MECANIZADOS
O sistema de floculação será composto por três reatores em série e três em paralelo, o que irá proporcionar um total de 09 câmaras de floculação Cálculo do volume de cada câmara de floculação

59 DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES MECANIZADOS
Cálculo da potência a ser introduzida no volume de líquido Dimensionamento do sistema de agitação

60 DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES MECANIZADOS
Seleção do sistema de agitação

61 DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES MECANIZADOS
Diâmetro do rotor selecionado Cálculo da velocidade periférica

62 DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES MECANIZADOS
Quadro resumo dos cálculos finais

63 DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES MECANIZADOS
Decantador convencional 12,0 m Floculador 2,8 m

64 LAY-OUT DE ESTAÇÕES DE TRATAMENTO DE ÁGUA
Canal de água coagulada CASA DE QUÍMICA

65 LAY-OUT DE ESTAÇÕES DE TRATAMENTO DE ÁGUA
Canal de água coagulada CASA DE QUÍMICA

66 LAY-OUT DE ESTAÇÕES DE TRATAMENTO DE ÁGUA
Canal de água coagulada CASA DE QUÍMICA

67 DECANTAÇÃO/SEDIMENTAÇÃO
Definição: Processo de separação sólido-líquido que tem como força propulsora a ação da gravidade.

68 SEDIMENTAÇÃO Classificação dos Processos de Sedimentação
Sedimentação discreta (Tipo 1) Sedimentação floculenta (Tipo 2) Sedimentação em zona (Tipo 3) Sedimentação por compressão (Tipo 4)

69 SEDIMENTAÇÃO GRAVITACIONAL
Sedimentação Floculenta (Tipo II) Decantadores convencionais de fluxo horizontal Decantadores laminares

70 Velocidade de Sedimentação
Força de arraste Empuxo Peso

71 TRATAMENTO CONVENCIONAL DE ÁGUAS DE ABASTECIMENTO
Manancial Coagulação Floculação Sedimentação Filtração Desinfecção Fluoretação Correção de pH Água Final Agente oxidante CAP Coagulante Alcalinizante Polímero Flúor

72 SEDIMENTAÇÃO GRAVITACIONAL

73 SEDIMENTAÇÃO GRAVITACIONAL

74 SEDIMENTAÇÃO GRAVITACIONAL

75 SEDIMENTAÇÃO GRAVITACIONAL

76 SEDIMENTAÇÃO GRAVITACIONAL

77 SEDIMENTAÇÃO DISCRETA (TIPO I)
Sedimentação discreta: As partículas permanecem com dimensões e velocidades constantes ao longo do processo de sedimentação, não ocorrendo interação entre as mesmas

78 SEDIMENTAÇÃO DISCRETA (TIPO I)

79 Sedimentação Discreta (Tipo I)
B H L 1 2 Vh Vs

80 Sedimentação Discreta (Tipo I)
1 Vh Vs H 2 B L Propriedade da sedimentação discreta: A dimensão física da partícula permanece inalterada durante o seu processo de sedimentação gravitacional, o que significa dizer que a sua velocidade de sedimentação é constante.

81 Floculação e Sedimentação
Água bruta Água coagulada Água floculada dp > dc Partículas sedimentáveis Frequência relativa Diâmetro crítico Diâmetro das partículas

82 SEDIMENTAÇÃO FLOCULENTA (TIPO II)
Sedimentação floculenta: a velocidade de sedimentação das partículas não é mais constante, uma vez que as mesmas agregam-se ao longo do processo de sedimentação.

83 SEDIMENTAÇÃO FLOCULENTA (TIPO II)
Com o aumento do diâmetro das partículas há, conseqüentemente, o aumento de sua velocidade de sedimentação ao longo da altura.

84 Sedimentação Floculenta (Tipo II)
1 Vh Vs H 2 B L Propriedade da sedimentação floculenta: A dimensão física da partícula é alterada durante o seu processo de sedimentação gravitacional (floculação por sedimentação diferencial), o que significa dizer que a sua velocidade de sedimentação é variável.

85 DECANTADORES CONVENCIONAIS EM ETA’S E ETE’S

86 DECANTADORES CONVENCIONAIS ETA ALTO DA BOA VISTA

87 DECANTADORES CONVENCIONAIS ETA ALTO DA BOA VISTA

88 DECANTADORES CONVENCIONAIS ETA ALTO DA BOA VISTA

89 DECANTADORES CONVENCIONAIS ETA ALTO DA BOA VISTA

90 DECANTADORES CONVENCIONAIS PARÂMETROS DE PROJETO
Taxa de escoamento superficial: 20 m3/m2/dia a 60 m3/m2/dia. (Função das características de sedimentabilidade do floco, definidas pelas etapas de coagulação-floculação) Altura do decantador: 3,0 metros a 5,0 metros.

91 DECANTADORES CONVENCIONAIS PARÂMETROS DE PROJETO
Relação Comprimento/Largura  4 Taxa de escoamento linear (vertedor)  1,8 l/m/s Re  (Verificação) Fr  10-5

92 LAY-OUT DE ETAs ASSOCIAÇÃO FLOCULADORES E DECANTADORES
Canal de água coagulada CASA DE QUÍMICA

93 LAY-OUT DE ETAs ASSOCIAÇÃO FLOCULADORES E DECANTADORES
Canal de água coagulada CASA DE QUÍMICA

94 LAY-OUT DE ETAs ASSOCIAÇÃO FLOCULADORES E DECANTADORES
Canal de água coagulada CASA DE QUÍMICA

95 DECANTADORES DE FLUXO LAMINAR
1 Vh Vs H 2 H/2 B L 02 canais

96 DECANTADORES DE FLUXO LAMINAR
1 Vh Vs H 2 B H/4 L 02 canais n canais

97 DECANTADORES DE FLUXO LAMINAR – PLACAS PARALELAS
V0 Vsh l  h Vs w Vsv  Trajetória crítica

98 DECANTADORES DE FLUXO LAMINAR – PLACAS PARALELAS
Vsh V0  l Vsv h Vs w  Trajetória crítica

99 DECANTADORES DE FLUXO LAMINAR – PLACAS PARALELAS
Vsh V0  l Vsv h Vs w  Trajetória crítica

100 DECANTADORES DE FLUXO LAMINAR – PLACAS PARALELAS
Ap Equação de dimensionamento

101 DECANTADORES DE FLUXO LAMINAR – PLACAS PARALELAS

102 CONVENCIONAL X LAMINAR
Decantador convencional Decantador laminar Sc=1 (Placas planas) Sc=4/3 (Tubos circulares) Sc=11/8 (Tubos quadrados)

103 CONVENCIONAL X LAMINAR ÂNGULO DAS PLACAS

104 CONVENCIONAL X LAMINAR GRANDEZA L (l/w)

105 DECANTADORES LAMINARES ETA RIO GRANDE (SABESP)

106 DECANTADORES LAMINARES ETA RIO GRANDE (SABESP)

107 DECANTADORES LAMINARES ETA CAPIVARI (SANASA)

108 DECANTADORES LAMINARES ETA CAPIVARI (SANASA)

109 DECANTADORES LAMINARES PARÂMETROS DE PROJETO
Velocidade de sedimentação: 20 m3/m2/dia a 60 m3/m2/dia. (Função das características do floco, definidas pelas etapas de coagulação e floculação) Ângulo das placas com a horizontal: 60o

110 DECANTADORES LAMINARES PARÂMETROS DE PROJETO
Comprimento da placa: 0,6 metros a 1,2 metros Velocidade de escoamento entre as placas: 15 cm/min a 20 cm/min Espessura entre as placas: 4 cm a 8 cm

111 DECANTADORES LAMINARES PARÂMETROS DE PROJETO
Altura do decantador: 4,0 metros a 6,0 metros. Relação Comprimento/Largura  2 Taxa de escoamento linear (vertedor)  1,8 l/m/s

112 DIMENSIONAMENTO DE UNIDADES DE SEDIMENTAÇÃO
Vazão: 1,0 m3/s Velocidade de sedimentação dos flocos: 40 m/dia Número de unidades de sedimentação: 04 Profundidade da lâmina líquida=4,5 m

113 DIMENSIONAMENTO DE DECANTADORES CONVENCIONAIS

114 DIMENSIONAMENTO DE DECANTADORES CONVENCIONAIS
Cálculo da área

115 DIMENSIONAMENTO DE DECANTADORES CONVENCIONAIS
Verificação do tempo de detenção hidráulico

116 DIMENSIONAMENTO DE DECANTADORES CONVENCIONAIS
Definição da geometria do decantador Admitindo uma relação entre L/B igual a 4, tem-se que:

117 DIMENSIONAMENTO DE DECANTADORES CONVENCIONAIS
Verificação da taxa de escoamento superficial Cálculo da velocidade horizontal

118 DIMENSIONAMENTO DE DECANTADORES CONVENCIONAIS
Cálculo do Raio Hidráulico Cálculo do Número de Reynolds

119 DIMENSIONAMENTO DE DECANTADORES CONVENCIONAIS
Dimensionamento das calhas de coleta de água decantada ql=vazão linear nas calhas de coleta de água decantada (l/s/m) H=altura útil do decantador (m) q=taxa de escoamento superficial no decantador (m3/m2/dia)

120 DIMENSIONAMENTO DE DECANTADORES CONVENCIONAIS
Dimensionamento das calhas de coleta de água decantada Valor de projeto adotado: 2,5 l/s/m

121 DIMENSIONAMENTO DE DECANTADORES CONVENCIONAIS
Cálculo do comprimento total de vertedor Valor de projeto adotado: 2,5 l/s/m

122 DIMENSIONAMENTO DE DECANTADORES CONVENCIONAIS
Cálculo do comprimento total de vertedor Admitindo que o comprimento da calha de coleta de água de lavagem não exceda a 20% do comprimento do decantador, tem-se que:

123 DIMENSIONAMENTO DE DECANTADORES CONVENCIONAIS
Cálculo do número de calhas Portanto, vamos adotar um total de 06 calhas, com 9,0 metros de comprimento

124 DIMENSIONAMENTO DE DECANTADORES CONVENCIONAIS
Cálculo do espaçamento entre as calhas

125 FILTRAÇÃO Perda de carga em sistemas de filtração
Fluidificação e expansão de meios filtrantes Lavagem de meios filtrantes Dimensionamento de sistemas de filtração

126 FLOCULAÇÃO, SEDIMENTAÇÃO E FILTRAÇÃO
Água bruta Água coagulada dc apresenta Vs Se Vs > q, todas as partículas com diâmetro superior a dc serão removidas Frequência relativa Diâmetro crítico Diâmetro das partículas

127 FLOCULAÇÃO, SEDIMENTAÇÃO E FILTRAÇÃO
Água bruta Água coagulada Água floculada dp > dc Partículas sedimentáveis Frequência relativa Diâmetro crítico Diâmetro das partículas

128 SISTEMA DE FILTRAÇÃO SABESP - ETA RIO GRANDE

129 SISTEMA DE FILTRAÇÃO SABESP - ETA RIO GRANDE

130 LAY-OUT DE ETAs ASSOCIAÇÃO FLOCULADORES E DECANTADORES
CASA DE QUÍMICA Canal de água coagulada

131 SISTEMA DE FILTRAÇÃO SABESP - ETA GUARAÚ

132 SISTEMA DE FILTRAÇÃO SABESP - ETA ABV

133 LAY-OUT DE ETAs ASSOCIAÇÃO FLOCULADORES E DECANTADORES
Canal de água coagulada CASA DE QUÍMICA F1 F2 F5 F6

134 FILTRAÇÃO Definição: Processo de separação sólido-líquido utilizado para promover a remoção de material particulado presente na fase líquida.