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

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

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

FLOCULAÇÃO

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

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)

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)

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

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

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

COALESCÊNCIA E FLOCULAÇÃO

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.

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).

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.

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

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

PROCESSO DE FLOCULAÇÃO FLOCULADORES HIDRÁULICOS

PROCESSO DE FLOCULAÇÃO FLOCULADORES HIDRÁULICOS

PROCESSO DE FLOCULAÇÃO FLOCULADORES HIDRÁULICOS

ETA DUARTINA (SABESP) FLOCULADOR DE FLUXO HORIZONTAL

ETA DUARTINA (SABESP) FLOCULADOR DE FLUXO HORIZONTAL

ETA SANTA ISABEL FLOCULADOR DE FLUXO HORIZONTAL

ETA SANTA ISABEL FLOCULADOR DE FLUXO HORIZONTAL

ETA RIBEIRÃO DA ESTIVA FLOCULADOR DE FLUXO VERTICAL

ETA RIBEIRÃO DA ESTIVA FLOCULADOR DE FLUXO VERTICAL

ETA RIBEIRÃO DA ESTIVA FLOCULADOR DE FLUXO VERTICAL

ETA ALDEIA DA SERRA FLOCULADOR ALABAMA

ETA ALDEIA DA SERRA FLOCULADOR ALABAMA

ETA ALDEIA DA SERRA FLOCULADOR ALABAMA

PROCESSO DE FLOCULAÇÃO FLOCULADORES ALABAMA

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

SISTEMAS DE AGITAÇÃO ESCOAMENTO AXIAL E RADIAL

SISTEMAS DE AGITAÇÃO ESCOAMENTO AXIAL E RADIAL

PROCESSO DE FLOCULAÇÃO ETA ALTO TIÊTE (SABESP)

PROCESSO DE FLOCULAÇÃO ETA ALTO TIÊTE (SABESP)

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)

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

UNIDADES DE FLOCULAÇÃO DIMENSIONAMENTO Gradientes de velocidade situados entre 80 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)

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

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)

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

DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES HIDRÁULICOS

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

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

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

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

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

DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES HIDRÁULICOS Quadro resumo dos cálculos iniciais

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

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

DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES HIDRÁULICOS Cálculo do gradiente de velocidade

DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES HIDRÁULICOS Quadro resumo dos cálculos finais

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)

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

DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES MECANIZADOS

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

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

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

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

DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES MECANIZADOS Seleção do sistema de agitação

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

DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES MECANIZADOS Quadro resumo dos cálculos finais

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

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

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

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

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

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

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

Velocidade de Sedimentação Força de arraste Empuxo Peso

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

SEDIMENTAÇÃO GRAVITACIONAL

SEDIMENTAÇÃO GRAVITACIONAL

SEDIMENTAÇÃO GRAVITACIONAL

SEDIMENTAÇÃO GRAVITACIONAL

SEDIMENTAÇÃO GRAVITACIONAL

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

SEDIMENTAÇÃO DISCRETA (TIPO I)

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

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.

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

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.

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

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.

DECANTADORES CONVENCIONAIS EM ETA’S E ETE’S

DECANTADORES CONVENCIONAIS ETA ALTO DA BOA VISTA

DECANTADORES CONVENCIONAIS ETA ALTO DA BOA VISTA

DECANTADORES CONVENCIONAIS ETA ALTO DA BOA VISTA

DECANTADORES CONVENCIONAIS ETA ALTO DA BOA VISTA

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.

DECANTADORES CONVENCIONAIS PARÂMETROS DE PROJETO Relação Comprimento/Largura  4 Taxa de escoamento linear (vertedor)  1,8 l/m/s Re  20.000 (Verificação) Fr  10-5

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

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

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

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

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

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

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

DECANTADORES DE FLUXO LAMINAR – PLACAS PARALELAS Ap Equação de dimensionamento

DECANTADORES DE FLUXO LAMINAR – PLACAS PARALELAS

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

CONVENCIONAL X LAMINAR ÂNGULO DAS PLACAS

CONVENCIONAL X LAMINAR GRANDEZA L (l/w)

DECANTADORES LAMINARES ETA RIO GRANDE (SABESP)

DECANTADORES LAMINARES ETA RIO GRANDE (SABESP)

DECANTADORES LAMINARES ETA CAPIVARI (SANASA)

DECANTADORES LAMINARES ETA CAPIVARI (SANASA)

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

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

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

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

DIMENSIONAMENTO DE DECANTADORES CONVENCIONAIS

DIMENSIONAMENTO DE DECANTADORES CONVENCIONAIS Cálculo da área

DIMENSIONAMENTO DE DECANTADORES CONVENCIONAIS Verificação do tempo de detenção hidráulico

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

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

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

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)

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

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

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:

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

DIMENSIONAMENTO DE DECANTADORES CONVENCIONAIS Cálculo do espaçamento entre as calhas

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

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

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

SISTEMA DE FILTRAÇÃO SABESP - ETA RIO GRANDE

SISTEMA DE FILTRAÇÃO SABESP - ETA RIO GRANDE

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

SISTEMA DE FILTRAÇÃO SABESP - ETA GUARAÚ

SISTEMA DE FILTRAÇÃO SABESP - ETA ABV

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

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