sua estrutura molecular”
Capítulo 2: Tratamento Preliminar: 2.1 Introdução.
2.3 Caixa de gordura:
2.3.1 Parâmetros de Dimensionamento;
Para óleos vegetais, animais e minerais, cuja densidade é próxima de 0,8 g/ml, basta a detenção de 3 minutos nas unidades até 10 l/s, de 4 minutos para unidades até 20 l/s e de 5 minutos para unidades maiores que 20 l/s.
Para temperaturas maiores que 25º C pode-se adotar tempo de detenção maior, sendo o máximo de 30 minutos.
O fundo do tanque deve ser fortemente inclinado em direção à saída, para evitar o acúmulo de sólidos sedimentáveis. Caso não seja possível a inclinação do fundo deve-se efetuar limpezas periódicas.
As caixas podem ser circulares ou retangulares; deve haver uma entrada afundada para evitar a turbulência e uma saída também afundada, para arraste dos sólidos sedimentáveis.
A área necessária é a vazão máxima dividida pela velocidade.
A (m2) = Q (m3/ h) / V(m/h);
V (m/h) = H (m) / T (h);
- Volume de gordura acumulada por tempo;
Vg(l/s) = Qm (l/s) . y (mg/l) / C (mg/l);
- Tempo necessário entre cada limpeza:
T(s) = Vg (l/s) / V(l);
A = área da caixa de gordura; Q = vazão máxima afluente;
V = velocidade mínima de ascensão; H = altura do líquido no cilindro;
T = tempo de subida de uma pequena partícula.
Vg = volume de gordura acumulada em
função do tempo;
Q = vazão média de esgoto afluente; Y = densidade do óleo ou graxa; C = concentração do óleo no afluente.
T = tempo entre as limpezas;
Vg = volume de gordura acumulado por
tempo;
- Dicas operacionais:
Para facilitar a operação e diminuir os problemas causados pela gordura, são necessárias as seguintes medidas:
a) fazer vistoria a cada 3 dias;
b) O período máximo entre as limpezas da gordura deve ser de 30 dias;
c) Valores acima de 30 dias devem ser amplamente justificados pelo operador;
d) A cada ano esgotar totalmente a caixa para retirada de matéria depositada no fundo; e) Em caso de entupimento, inserir fluxo contrário ao normau através da tubulação de
saída;
f) Verificar se dados de projeto equivalem aos de operação.
2.4 - Decantadores.
Os decantadores são unidades dimensionadas, para que o líquido tenha uma baixa velocidade, possibilitando assim, a sedimentação de algumas partículas.
Partículas floculentas são aquelas, que podem variar sua velocidade de sedimentação, devido à modificação de sua forma, dimensão e densidade, durante o processo de sedimentação. A abrangência do fenômeno é a floculação, que depende da possibilidade de choques entre as partículas. Esses efeitos podem ser quantificados, através de testes de sedimentação, não sendo possível equacioná-los, em função das características das partículas e do fluido; ao contrário do que ocorre com as partículas discretas.
O teste é efetuado em colunas de sedimentação, com altura igual a do decantador a ser construído. Comumente, são utilizados tubos de 150 mm de diâmetro, e 3,0 m de altura, com tomadas de amostras a cada 30 cm. O líquido deve estar totalmente misturado, logo no início do experimento, de maneira que a concentração deste, seja igual em qualquer ponto do tubo.
As amostras de todos os pontos de amostragem devem ser retiradas, em intervalos de tempo pré-fixados. Tais amostras são analisadas, para determinar a concentração de sólidos totais em suspensão. Para cada amostra calcula-se a porcentagem removida, lançando-se os valores obtidos em gráfico de profundidade, versus o tempo. Pode-se construir então, curvas de porcentagem de remoção, unindo-se os pontos que apresentam os mesmos valores.
As taxas de escoamento superficial (TES) são determinadas em função do tempo.
TES = H / t
Para se projetar um decantador, deve-se adotar 0,65 como fator de escala para TES e 1,75 como fator de escala para t.
- Valores usuais para projetos de Decantadores Primários:
Quando verifica-se que o tratamento biológico é inviável e que a quantidade de sólidos sedimentáveis é considerável, deve-se optar pelo uso de decantador primário. No caso de existir tratamento biológico, deve-se avaliar a necessidade da utilização do decantador, pois, caso a unidade de remoção biológica tenha essa função, não existe a necessidade de unidade de decantação.
Os decantadores podem ser classificados, de acordo com sua forma, ou seja, podem ser retangulares, quadrados ou circulares; podendo apresentar o fundo chato, inclinado ou com poços de lodo. A remoção do lodo pode ser mecanizada ou simples.
Os dispositivos de entrada de um decantador são os vertedores simples, cortinas perfuradas, canalizações múltiplas, canalização central.
Os principais dispositivos de saída são os vertedores, calhas e canaletas.
Para esgoto doméstico, os decantadores primários são utilizados no sistema de lodos ativados convencional, ou antes de tratamento físico-químico. A Taxa de Escoamento Superficial para este caso varia entre 30 e 40 m3/m2.dia.
A velocidade no sentido longitudinal, não deve exceder 8 mm/s. A relação comprimento/profundidade deve ser menor ou igual a 30. A profundidade mínima deve ser de 1,5 metros e a máxima de 4,5 metros. A relação comprimento/largura deve situar-
TES = Taxa de escoamento superficial (m3 / m2.dia).
H = altura do decantador; T = tempo da análise.
A = área do decantador, (m2);
T = tempo para esvaziamento, (horas);
H = altura da água sobre o eixo do conduto, (m); S = Área necessária para o condutor, (m2).
Canalização de escuma: diâmetro igual ou superior a 150 mm, para uma declividade considerada boa.
Os decantadores primários não serão muito abordados, pois são pouco usados, devido a sua baixa eficiência (próximo de 40%) e alta formação de lodo.
Os decantadores secundários serão amplamente abordados no capítulo 9 – Parâmetros de Projeto para Processos Aeróbios.
5 % 5 %
Canaleta Central (5 %)
Seção transversal de um decantador com limpeza manual
motor afluente
2.4 - Flotação.
A flotação é o movimento ascendente de partículas, provocado pelo aumento das forças de empuxo em relação às gravitacionais. Essas forças de empuxo são causadas, pela adesão de bolhas de ar nas partículas sólidas.
A flotação tem sido empregada, nos sistemas de tratamento de águas residuárias, para a separação líquido - óleos, líquido - algas e líquido – sólidos suspensos.
Os materiais menos densos encaminham-se para a parte superior de um decantador, inviabilizando sua operação; devido a isso, esses materiais devem ser removidos, através de flotação. Entretanto, os sólidos mais densos que a água, também podem ser removidos por flotação. Com a agregação entre o gás e os sólidos as partículas ficam menos densas tendendo a flotação.
A flotação com ar pode ser feita através dos seguintes meios:
a) Flotação com ar - Introdução de ar no líquido, através de difusores, mantendo-se o líquido à pressão atmosférica;
1
2
3
4
F1
Partícula sedimentando Agregação ar partícula
F1
F2 F2
Floco menos denso
Fr Velocidade ascensional efluente Compressor de ar bomba Câmara de flotação Saída do material flotado
b) Flotação por Ar - Dissolvido - Introdução de ar no líquido sob pressão, seguido de despressurização na base do flotador, levando à formação de bolhas minúsculas;
Pressurização Parcial do Afluente
efluente afluente Câmara de Saturação bomba Câmara de flotação Saída do material flotado Pressurização Total do Câmara de Flotação Câmrara de Saturação afluente efluente Câmara Saturação efluente
É comprovado que os flotadores com câmara de saturação são mais eficientes, quando comparados aos que apresentam aplicação direta do ar, na câmara de flotação, por meio de um compressor.
Estudaremos então o projeto de flotadores com câmara de saturação:
- 1a Etapa: Geração da Bolha.
A formação da bolha é conseguida através da introdução de ar, até a saturação no afluente, ou em parcela do efluente recirculado. Essa operação ocorre na câmara de saturação, que trabalha sob pressão de 250 a 500 Kpa; taxa de escoamento superficial de 1000 a 2000 m3/m2.dia e um tempo de detenção hidráulico de 5 minutos. Na etapa subseqüente, a pressão é reduzida na unidade de flotação, que opera normalmente à pressão atmosférica. O gás dissolvido à alta pressão é liberado, para com isso estabelecer o novo equilíbrio, controlado pela pressão parcial do gás na unidade de flotação.
Os fatores mais importantes na geração de bolhas de gás são:
1) pressão na câmara de saturação;
2) relação entre a vazão de ar e a vazão de líquido;
3) características das águas residuárias (tensão superficial); 4) tipo de bocal difusor.
As características das águas residuárias são responsáveis, pelo tamanho máximo de bolhas estáveis, ou pela indicação de quando a coalescência das bolhas ocorrerá.
Existe relação entre o diâmetro médio da bolha e a pressão de saturação, sendo que, em geral, o diâmetro da bolha é maior, quanto menor for a pressão.
manômetro rotâmetro ventosa Válvula de segurança dreno Câmara de Saturação
2a Etapa: Agregação (Ar – Sólido).
A formação de agregado estável, entre uma ou mais bolhas de gás e uma partícula ou floco requer, a ocorrência de colisão entre ambos e a subseqüente aderência permanente, entre as fases gasosa e sólida.
O encontro (colisão suave), entre bolha e partículas é facilitado pelo gradiente de velocidade na unidade. Esses gradientes de velocidade podem resultar, do escoamento contínuo na unidade ou do movimento ascendente das bolhas de gás, em relação ao movimento descendente das partículas ou flocos.
É evidente, que as concentrações de bolhas e flocos afetam a freqüência de colisões; entretanto, no tratamento de águas residuárias, ambas as fases estão presentes em intensidade suficiente, para não transformarem-se em fatores limitantes. Portanto, raramente é necessário, o aumento da concentração do número de bolhas, ou da concentração de partículas, ou mesmo da intensidade do escoamento, para se atingir a freqüência crítica (ideal) de colisão.
A aderência entre as partículas/flocos e as bolhas de gás depende, das forças resultantes na interface gás-água-sólido, as quais resultam das forças físicas de atração e das forças físico-químicas de repulsão. Essa etapa é predominantemente controlada por fenômenos químicos, do que por fenômenos físicos.
A energia de adesão cresce, com o aumento da tensão superficial, nas superfícies sólido-líquido e gás-líquido, e com o decréscimo da tensão superficial na interface gás- sólido.
3a Etapa: Movimento Ascensional da Bolha.
Tendo sido formado um complexo estável, a força resultante provocará seu movimento ascensional. A velocidade do movimento é estabelecida, quando as forças de empuxo e de arraste se igualam.
A determinação da relação A/S pode ser feita experimentalmente, em unidades de alimentação contínuas ou em ensaios de batelada (flota-teste).
A relação de ar-sólido, em um sistema de flotação por ar dissolvido, com pressurização e recirculação é dada por:
A / S = 1,3 Sar (f . P – 1) . R / Q . Xo; Ver isto
A relação de ar-sólido em um sistema de flotação por ar dissolvido com pressurização total é dada por:
A / S = 1,3 Sar (f . P – 1) / Xo;
Onde,
A/S: relação ar-sólido em mg . mg-1; Sar: solubilidade do ar, em ml . l-1;
F: fração de gás dissolvido a uma dada pressão, usualmente 0,5 a 0,8; P: pressão absoluta em atmosferas;
Xo: concentração de sólidos em suspensão em mg . l-1; Q: vazão em l.S-1 ;
R: vazão de recirculação.
A / S = Quantidade de ar / quantidade de sólidos; f = Fração de ar dissolvido à pressão P (0,5 a 0,8); P = Pressão atmosférica ( atm);
Xo = concentração de sólidos na água residuária;
R = vazão de recirculação; Q = Vazão afluente.
A / S = Quantidade de ar / quantidade de sólidos; f = Fração de ar dissolvido à pressão P (0,5 a 0,8); P = Pressão atmosférica ( atm);
Xo = concentração de sólidos na água residuária;
R = Razão de recirculação; Q = Vazão afluente.
Tabela 10: Resumo para parâmetros de Projeto de Flotadores:
Taxa de Aplicação Superficial no Tanque de Flotação 100 a 150 m3/m2.dia Área do Tanque de Flotação com pressurização total Aflotador = Qafluente / TAS
Área do Tanque de Flotação recirculação pressurizada Aflotador = ( Qaflue. + Qrecir. ) / TAS Para Tanque retangular Comprimento = 2,5 x largura Placa defletora da zona de contato Angulo = 60º
Taxa de Aplicação Superficial na Câmara de Saturação 400 a 600 m3/m2.dia
A/S (com recirculação ) 1,3 . Sa . (f . P – 1) . Qrec / S . Qa A/S (para SST = 3000 mg/l) 0,005 a 0,060 (Metcalf & Eddy) A/S ( para SST = 5000 mg/l) 0,022 a 0,034 (PATRIZZI) A/S ( para SST = 100 mg/l) 0,09 a 0,1 (PENETRA,1998) Pressão na Câmara de Saturação 2 a 4 atm ( (NUNES,1996)