A sedimentação é a operação física de separação de partículas sólidas com densidade superior à do líquido circundante. Em um tanque onde a velocidade do escoamento de água é baixa, as partículas tendem a ir para o fundo sob a influência da gravidade (Von Sperling, 1996b).
Nos sistemas de tratamento de água e esgoto, as unidades dimensionadas para operar por sedimentação são os decantadores, caixas de areia, adensadores e lagoas de sedimentação, no entanto o processo de sedimentação ocorre, em menor escala, em diversas outras unidades do tratamento.
Os decantadores podem ser retangulares de fluxo horizontal, ou circulares com alimentação central. Os primeiros são mais utilizados no tratamento de água e os últimos são de aplicação mais freqüente nos processos de tratamento de esgoto e de adensamento de lodo.
De acordo com a concentração de sólidos em suspensão no líquido a ser clarificado e com a tendência dessas partículas de se agregarem, o processo de sedimentação pode ser classificado em quatro tipos (Metcalf & Eddy, 1991):
A) Sedimentação discreta: As partículas conservam suas características de forma,
tamanho e densidade durante toda a sua trajetória, não ocorre aglutinação de partículas durante o processo de sedimentação o que torna a velocidade de sedimentação da partícula constante. Este tipo de sedimentação só ocorre nas caixas de areia.
B) Sedimentação Floculenta: Nesse caso ocorre a aglutinação das partículas durante o
seu trajeto provocando a variação da velocidade de sedimentação. É o que ocorre nos decantadores do tratamento de água e, no caso de tratamento de esgotos, nos decantadores primários, na parte superior dos decantadores secundários e nos decantadores do processo de polimento final.
C) Sedimentação Zonal: Ocorre no caso de grande concentração de partículas, quando é
possível observar uma nítida interface entre as fases líquida e sólida durante a trajetória das partículas no processo de sedimentação. Esse tipo de sedimentação também é conhecido como sedimentação de manta de lodo. Nesse caso a velocidade de sedimentação adotada é a velocidade de sedimentação da interface. Esse tipo de sedimentação ocorre nos decantadores secundários do tratamento de esgotos.
D) Sedimentação por compressão: Quando a concentração de sólidos é ainda maior o
acúmulo de partículas no fundo dos decantadores começa a provocar a compressão da estrutura das partículas provocando a remoção de parte da água incorporada ao floco. É o que ocorre no fundo dos decantadores secundários e nos adensadores por gravidade.
Durante as operações de sedimentação é comum ocorrer mais de um tipo de sedimentação simultaneamente, entretanto para cada situação é possível identificar aquele que é predominante. Nesse estudo optou-se por abordar apenas os fundamentos do processo de sedimentação floculenta, que é o processo predominante no caso dos decantadores utilizados na remoção de flocos do tratamento químico de esgotos, objeto desse trabalho. Nesses decantadores, como mencionado, a floculação ocorre ao longo do processo de sedimentação, alterando as características de sedimentação iniciais dessas partículas.
O principal parâmetro de projeto de unidades de sedimentação é a taxa de aplicação superficial, ou velocidade de sedimentação (VS) da partícula floculenta, que corresponde á
vazão por unidade de área superficial do tanque de sedimentação. Segundo Metcalf & Eddy
(1991), no caso da remoção de flocos formados a partir da adição de sais de alumínio ou ferro, recomenda-se que a taxa de aplicação adotada em projetos de decantadores esteja compreendida entre 24 e 48m3/m2/dia.
Ao contrário do que ocorre no caso de sedimentação de partículas discretas, no processo de sedimentação floculenta a profundidade do tanque e o tempo de sedimentação interfere diretamente na eficiência do processo, uma vez que afetam as características da partícula floculada e, portanto, a velocidade de sedimentação dessas partículas.
A intensidade do processo de floculação irá depender das oportunidades de contato entre essas partículas, que é função da vazão, da profundidade da unidade, do gradiente de velocidade, da concentração de partículas e do tamanho médio dessas partículas. O efeito da interação dessas variáveis no processo de sedimentação é obtido preferencialmente por meio de ensaios de laboratório em colunas de sedimentação.
As colunas de sedimentação podem ser de diâmetro variável más devem ter a altura igual à profundidade do tanque de sedimentação. Para Metcalf e Eddy (1991), resultados satisfatórios são obtidos em colunas com 150mm de diâmetro e 3m de altura.
As colunas de sedimentação devem ser dotadas de agitadores, que têm a função de dispersar o coagulante no meio líquido além de promover a floculação. É recomendável que a temperatura seja mantida constante ao longo do ensaio para impedir a formação de correntes convectivas (Metcalf & Eddy, 1991). A coluna deverá ser dotada de vários
pontos de amostragem, de onde serão coletadas amostras em diferentes intervalos de tempo. Para cada amostra será feito o ensaio para determinação da concentração de sólidos em suspensão. Os resultados serão apresentados na forma de curvas de isoeficiência, mostrando a percentagem de remoção de partículas em determinada profundidade e tempo.
Camp (1946, apud Di Bernardo, 1993) propõe uma metodologia simplificada para os ensaios de sedimentação, onde são utilizados equipamentos de teste de jarros. Esse equipamento, muito utilizado no controle operacional de unidades de tratamento físico- químico de água, consiste em seis agitadores de velocidade variável que operam em paralelo e seis recipientes dotados de dispositivos para coleta de amostras, localizado a cerca de 7 cm abaixo do nível da água.
Nos ensaios de sedimentação utilizando o equipamento de “Jartest” deve-se encher os recipientes com a amostra a ser analisada, adicionar o coagulante e acionar os agitadores de modo a simular o tempo e o gradiente de velocidade da mistura rápida, em seguida reduzir o gradiente para o da etapa de mistura lenta e, após o período de floculação, desligar os agitadores e coletar as amostras em diferentes tempos de sedimentação. A partir da análise das características das amostras também é possível traçar as curvas de isoeficiência.
Recentemente, Clark e Stephenson (1999) desenvolveram uma metodologia para a utilização de ensaios de “Jartest” na otimização dos parâmetros operacionais de co- precipitação química de fósforo em sistemas de tratamento de esgotos pelo processo de lodos ativados. Segundo a metodologia proposta pelos autores, a despeito da heterogeneidade dos efluentes do tratamento biológico foi possível alcançar uma condição ótima para os principais parâmetros do processo de precipitação química de fósforo a partir dos resultados de apenas vinte ensaios de “Jartest”. Para fazer a análise dos dados obtidos foi utilizado um modelo estatístico.
Ao longo desse texto estão descritos outros estudos recentes, desenvolvidos para a avaliação da eficiência dos processos de precipitação química de contaminantes em águas residuárias, onde os ensaios de “Jartest” também foram utilizados na simulação dos processos de coagulação, flotação e sedimentação.