Prof. Dr. Sidney Seckler Ferreira Filho

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

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

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

4 FLOCULAÇÃO Reatores em Batelada Reatores de Mistura Completa em Série
Reator de Fluxo Pistonado Obtenção das Constantes de Agregação e Ruptura

5 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

6 FLOCULAÇÃO

7 FLOCULAÇÃO

8 FLOCULAÇÃO

9 PROCESSO DE LODOS ATIVADOS CONVENCIONAL
Grade Caixa de areia Decantador Primário Tanque de Aeração Secundário Adensamento Digestão Secagem Lodo “Seco” Rio

10 FLOCULAÇÃO

11 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

12 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

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

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

15 COALESCÊNCIA E FLOCULAÇÃO

16 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.

17 FLOCULAÇÃO PERICINÉTICA MOVIMENTO BROWNIANO

18 FLOCULAÇÃO PERICINÉTICA MOVIMENTO BROWNIANO

19 FLOCULAÇÃO PERICINÉTICA MOVIMENTO BROWNIANO

20 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).

21 FLOCULAÇÃO ORTOCINÉTICA GRADIENTES DE VELOCIDADE

22 FLOCULAÇÃO ORTOCINÉTICA GRADIENTES DE VELOCIDADE

23 FLOCULAÇÃO ORTOCINÉTICA GRADIENTES DE VELOCIDADE

24 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.

25 FLOCULAÇÃO POR SEDIMENTAÇÃO DIFERENCIAL

26 FLOCULAÇÃO POR SEDIMENTAÇÃO DIFERENCIAL

27 FLOCULAÇÃO POR SEDIMENTAÇÃO DIFERENCIAL

28 FLOCULAÇÃO MECANISMOS DE TRANSPORTE

29 FLOCULAÇÃO MECANISMOS DE TRANSPORTE

30 FLOCULAÇÃO MECANISMOS DE TRANSPORTE

31 CONCEITO: GRADIENTE DE VELOCIDADE
dx dy dz

32 CONCEITO: GRADIENTE DE VELOCIDADE
dx dy dz

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

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

35 PROCESSO DE FLOCULAÇÃO FLOCULADORES HIDRÁULICOS

36 Processo de Floculação Floculadores Hidráulicos

37 PROCESSO DE FLOCULAÇÃO FLOCULADORES HIDRÁULICOS

38 PROCESSO DE FLOCULAÇÃO ETA DUARTINA (SABESP) FLOCULADOR DE FLUXO HORIZONTAL

39 PROCESSO DE FLOCULAÇÃO ETA DUARTINA (SABESP) FLOCULADOR DE FLUXO HORIZONTAL

40 ETA SANTA ISABEL FLOCULADOR DE FLUXO HORIZONTAL

41 ETA SANTA ISABEL FLOCULADOR DE FLUXO HORIZONTAL

42 ETA SANTA ISABEL FLOCULADOR DE FLUXO HORIZONTAL

43 ETA RIBEIRÃO DA ESTIVA FLOCULADOR DE FLUXO VERTICAL

44 ETA RIBEIRÃO DA ESTIVA FLOCULADOR DE FLUXO VERTICAL

45 ETA RIBEIRÃO DA ESTIVA FLOCULADOR DE FLUXO VERTICAL

46 ETA ALDEIA DA SERRA FLOCULADOR ALABAMA

47 ETA ALDEIA DA SERRA FLOCULADOR ALABAMA

48 ETA ALDEIA DA SERRA FLOCULADOR ALABAMA

49 PROCESSO DE FLOCULAÇÃO FLOCULADORES ALABAMA

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

51 SISTEMAS DE AGITAÇÃO ESCOAMENTO AXIAL E RADIAL

52 SISTEMAS DE AGITAÇÃO ESCOAMENTO AXIAL E RADIAL

53 PROCESSO DE FLOCULAÇÃO ETA ALTO DA BOA VISTA
Sistemas de floculação

54 PROCESSO DE FLOCULAÇÃO ETA ALTO DA BOA VISTA

55 PROCESSO DE FLOCULAÇÃO ETA ALTO DA BOA VISTA

56 PROCESSO DE FLOCULAÇÃO ETA GUARAÚ (SABESP)
Sistemas de floculação !!!

57 PROCESSO DE FLOCULAÇÃO ETA GUARAÚ (SABESP)

58 PROCESSO DE FLOCULAÇÃO ETA GUARAÚ (SABESP)

59 PROCESSO DE FLOCULAÇÃO ETA ALTO TIÊTE (SABESP)
Sistemas de floculação

60 PROCESSO DE FLOCULAÇÃO ETA ALTO TIÊTE (SABESP)

61 PROCESSO DE FLOCULAÇÃO ETA ALTO TIÊTE (SABESP)

62 PROCESSO DE FLOCULAÇÃO ETA ALTO TIÊTE (SABESP)

63 PROCESSO DE FLOCULAÇÃO ETA ALTO TIÊTE (SABESP)

64 PROCESSO DE FLOCULAÇÃO ETA ALTO TIÊTE (SABESP)

65 PROCESSO DE FLOCULAÇÃO ETA ALTO TIÊTE (SABESP)

66 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)

67 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

68 SISTEMAS DE AGITAÇÃO ESCOAMENTO RADIAL

69 SISTEMAS DE AGITAÇÃO ESCOAMENTO RADIAL

70 SISTEMAS DE AGITAÇÃO ESCOAMENTO AXIAL

71 SISTEMAS DE AGITAÇÃO ESCOAMENTO AXIAL

72 SISTEMAS DE AGITAÇÃO ESCOAMENTO AXIAL

73 MODELAÇÃO MATEMÁTICA DO PROCESSO DE FLOCULAÇÃO
Agregação Ruptura

74 MODELAÇÃO MATEMÁTICA DO PROCESSO DE FLOCULAÇÃO
Agregação Constante de agregação ka= a

75 MODELAÇÃO MATEMÁTICA DO PROCESSO DE FLOCULAÇÃO
Ruptura Constante de ruptura kb= a s

76 MODELAÇÃO MATEMÁTICA DO PROCESSO DE FLOCULAÇÃO
Agregação Ruptura

77 MODELAÇÃO MATEMÁTICA DO PROCESSO DE FLOCULAÇÃO REATOR EM BATELADA
Q(t), Ce(t) V0 V(t)

78 MODELAÇÃO MATEMÁTICA DO PROCESSO DE FLOCULAÇÃO REATOR DE MISTURA COMPLETA
Qe(t), Ce(t) V0 Qs(t), C(t) C(t)

79 MODELAÇÃO MATEMÁTICA DO PROCESSO DE FLOCULAÇÃO - REATORES DE MISTURA COMPLETA EM SÉRIE
1 2 3 n Q,C0 C1 C2 C3 Cn Q,C1 Q,C2 Q,C3 Q,C n-1 Q,Cn

80 MODELAÇÃO MATEMÁTICA DO PROCESSO DE FLOCULAÇÃO REATOR PISTONADO IDEAL
dx dy dz Q,C0 Q,C

81 COMPORTAMENTO FISICO DO PROCESSO DE FLOCULAÇÃO REATOR EM BATELADA

82 COMPORTAMENTO FISICO DO PROCESSO DE FLOCULAÇÃO REATOR EM BATELADA

83 COMPORTAMENTO FISICO DO PROCESSO DE FLOCULAÇÃO REATOR EM BATELADA

84 COMPORTAMENTO FISICO DO PROCESSO DE FLOCULAÇÃO COMPORTAMENTO ENTRE REATORES

85 COMPORTAMENTO FISICO DO PROCESSO DE FLOCULAÇÃO COMPORTAMENTO ENTRE REATORES

86 PROCESSO DE FLOCULAÇÃO EFEITO DO GRADIENTE DE VELOCIDADE

87 PROCESSO DE FLOCULAÇÃO EFEITO DO GRADIENTE DE VELOCIDADE

88 PROCESSO DE FLOCULAÇÃO EFEITO DA DOSAGEM DE COAGULANTE

89 PROCESSO DE FLOCULAÇÃO EFEITO DA DOSAGEM DE COAGULANTE

90 DIAGRAMAS DE COAGULAÇÃO FLOCULAÇÃO E SEDIMENTAÇÃO

91 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)

92 Muito Obrigado !!!