Aula 3 - Floculacao

(1)

ESCOLA POLITÉCNICA DA USP ESCOLA POLITÉCNICA DA USP

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA HIDRÁULICA E SANITÁRIA HIDRÁULICA E SANITÁRIA PHD 2411 PHD 2411 -- SANEAMENTO ISANEAMENTO I Floculação Floculação

Prof. Dr. Roque Passos

Prof. Dr. Roque Passos PiveliPiveli

Prof. Dr. Sidney Seckler Ferreira Filho

(2)

Água Bruta Pré-tratamento Filtração lenta Desinfecção Fluoretação Correção de pH Filtração lenta Coagulação Filtração Desinfecção Fluoretação Correção de pH Filtração em linha Coagulação Pré-floculação Filtração Desinfecção Fluoretação Correção de pH Filtração direta Coagulação Floculação Sedimentação Filtração descendente Desinfecção Fluoretação Correção de pH

(3)

Tratamento Convencional de Águas Tratamento Convencional de Águas

de Abastecimento de Abastecimento

Manancial _Coagulação _Floculação _{Sedimentação}

Filtração Desinfecção Fluoretação Correção de pH Água final Ag en te oxi da nte CA P C oa gula nt e Alc al in izan te Ag ente o xida nt e P olím er o

Polímero Agente oxidante

te o xi dant e F lú or Alcalinizante

(4)

Distribuição de tamanho de

partículas em águas naturais

1 µm 10-3 µm Partículas dissolvidas Partículas _em suspensão Partículas coloidais µm Turbidez Cor aparente Cor real SDT Compostos

(5)

COAGULANTES EMPREGADOS EM

ENGENHARIA AMBIENTAL

•

Sulfato de alumínio (sólido ou líquido) Sulfato de alumínio (sólido ou líquido)

•

Cloreto férrico (líquido) Cloreto férrico (líquido)

•

Sulfato férrico (líquido) Sulfato férrico (líquido)

•

Cloreto de Cloreto de polialumíniopolialumínio (sólido ou líquido) (sólido ou líquido)

•

Sulfato ferroso (sólido ou líquido) Sulfato ferroso (sólido ou líquido)

•

Coagulantes orgânicos catiônicos (sólido Coagulantes orgânicos catiônicos (sólido ou líquido)

(6)

DOSAGENS DE COAGULANTE

USUALMENTE EMPREGADOS NO

TRATAMENTO DE ÁGUAS DE

ABASTECIMENTO

•

Sulfato de alumínio (10 mg/l a 60 mg/l)Sulfato de alumínio (10 mg/l a 60 mg/l)

•

Cloreto férrico (5 mg/l a 50 mg/l)Cloreto férrico (5 mg/l a 50 mg/l)

•

Sulfato férrico (8 mg/l a 70 mg/l)Sulfato férrico (8 mg/l a 70 mg/l)

•

Coagulantes orgânicos catiônicos Coagulantes orgânicos catiônicos (1 mg/l a 4 mg/l)

(7)

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.

Partículas Choques Agregação

(8)

Floculação:Objetivo

Frequência

relativa

Água bruta

Água coagulada Água floculada

d_p > d_c

Partículas sedimentáveis

(9)

FLOCULAÇÃO

MECANISMOS DE TRANSPORTE

•

•Floculação Floculação PericinéticaPericinética (Movimento Browniano)(Movimento Browniano) As partículas coloidais apresentam um movimento

As partículas coloidais apresentam um movimento

aleatório devido ao seu contínuo bombardeamento

pelas moléculas de água. A energia propulsora da

floculação

floculação pericinéticapericinética é a energia térmica do é a energia térmica do fluído.

(10)

FLOCULAÇÃO

•

•Floculação Floculação OrtocinéticaOrtocinética (Gradientes de (Gradientes de Velocidade)

Velocidade)

As partículas são colocadas em contato umas com

as outras através do movimento do fluído (Presença

de gradientes de velocidade).

(11)

FLOCULAÇÃO

•

•Floculação por Sedimentação DiferencialFloculação por Sedimentação Diferencial

Partículas coloidais com velocidades distintas

podem chocar

podem chocar--se umas com as outras em um se umas com as outras em um elemento de volume.

(12)

CONCEITO: GRADIENTE DE VELOCIDADE

dx dy dz dy dy dv v .      + v v dF dP_ot = . v dA dy dy dv v dA dP_ot τ. . .  −τ. .      ₊ = dy dy dv dA dP_ot . . .      =τ dz dy dx dy dv dP_ot . . . .      =τ dz dy dx dy dv dy dv dP_ot . . . . .            = µ

(13)

dx dy dz dy dy dv v .      + v dz dy dx dy dv dy dv dP_ot . . . . .            = µ dz dy dx dy dv dP_ot . . . . 2       = µ       = dy dv G dz dy dx G dP_ot = µ. 2. . . ol ot V P G . µ =

(14)

      = dy dv G ol ot V P G . µ = G=Gradiente de velocidade (s-1) h ol ol ot H V H Q V P G θ µ γ µ γ µ . . . . . . ∆ = ∆ = = L H V V H A V V H Q G ol ol . . . . . . . . . . µ γ µ γ µ γ ∆ ₌ ∆ ₌ ∆ =

(15)

Processo de Floculação

•

FloculadoresFloculadores hidráulicoshidráulicos •

•FloculadoresFloculadores hidráulicos de fluxo horizontalhidráulicos de fluxo horizontal •

•FloculadoresFloculadores hidráulicos de fluxo verticalhidráulicos de fluxo vertical •

•FloculadorFloculador AlabamaAlabama •

(16)

Processo de Floculação

Floculadores

(17)

Processo de Floculação

Floculadores

(18)

Processo de Floculação

Floculadores

(19)

PROCESSO DE FLOCULAÇÃO

ETA DUARTINA (SABESP)

FLOCULADOR DE FLUXO HORIZONTAL

(20)

ETA DUARTINA (SABESP)

FLOCULADOR DE FLUXO HORIZONTAL

(21)

ETA RIBEIRÃO DA ESTIVA

FLOCULADOR DE FLUXO VERTICAL

(22)

ETA RIBEIRÃO DA ESTIVA

FLOCULADOR DE FLUXO VERTICAL

(23)

ETA ALDEIA DA SERRA

FLOCULADOR ALABAMA

(24)

ETA ALDEIA DA SERRA

FLOCULADOR ALABAMA

(25)

ETA ALDEIA DA SERRA

FLOCULADOR ALABAMA

(26)

Processo de Floculação

•

Dispositivos mecânicosDispositivos mecânicos

Agitadores de fluxo radial

Agitadores de fluxo axial

Agitadores de fluxo radial e axial

(27)

SISTEMAS DE AGITAÇÃO

ESCOAMENTO AXIAL E RADIAL

(28)

SISTEMAS DE AGITAÇÃO

ESCOAMENTO AXIAL E RADIAL

(29)

PROCESSO DE FLOCULAÇÃO

ETA ALTO DA BOA VISTA

(30)

PROCESSO DE FLOCULAÇÃO

ETA ALTO DA BOA VISTA

(31)

PROCESSO DE FLOCULAÇÃO

ETA GUARAÚ (SABESP)

(32)

PROCESSO DE FLOCULAÇÃO

ETA GUARAÚ (SABESP)

(33)

PROCESSO DE COAGULAÇÃO

ETA ANHANGABAÚ

(34)

PROCESSO DE FLOCULAÇÃO

ETA ANHANGABAÚ

(35)

PROCESSO DE COAGULAÇÃO

ETA ANHANGABAÚ

(36)

PROCESSO DE FLOCULAÇÃO

ETA 3 e 4

(37)

PROCESSO DE FLOCULAÇÃO

ETA 3 e 4

(38)

PROCESSO DE FLOCULAÇÃO

ETA 3 e 4

(39)

PROCESSO DE FLOCULAÇÃO

ETA ALTO TIÊTE (SABESP)

(40)

PROCESSO DE FLOCULAÇÃO

ETA ALTO TIÊTE (SABESP)

(41)

PROCESSO DE FLOCULAÇÃO

ETA ALTO TIÊTE (SABESP)

(42)

CÁLCULO DO GRADIENTE DE VELOCIDADE

Agitadores de fluxo radial

v F P_ot = _a. 2 . . . A v2 C F_a = d ρ p 2 . . . A v3 C P_ot = d ρ p

5 3_. . . n D K P_ot = _T ρ F_a=força de arraste (N) v=velocidade (m/s) C_d=coeficiente de arraste A_p=área projetada n=rotação (rps) D=diâmetro do rotor (m)

(43)

CÁLCULO DO GRADIENTE DE VELOCIDADE

5 3_. . . n D K P_ot = _T ρ F_a=força de arraste (N) v=velocidade (m/s) C_d=coeficiente de arraste A_p=área projetada n=rotação (rps) D=diâmetro do rotor (m) P=Potência (W) ol ot V P G . µ = 1,63 Turbina com seis palhetas inclinadas a

1,0 a 1,2 Turbina com quatro palhetas

inclinadas a 320

1,27 Turbina com quatro palhetas

inclinadas a 450

4,80 Turbina (seis palhetas curvas)

5,75 Turbina (seis palhetas retas)

0,87 Hélice propulsora marítima (3 hélices)

Valor de K_T Tipo de rotor

(44)

SISTEMAS DE AGITAÇÃO

ESCOAMENTO RADIAL

5 , 5 5 a K_T ≅

(45)

SISTEMAS DE AGITAÇÃO

ESCOAMENTO RADIAL

0 , 2 5 , 1 a K ≅

(46)

SISTEMAS DE AGITAÇÃO

ESCOAMENTO AXIAL

8 , 0 5 , 0 a K ≅

(47)

SISTEMAS DE AGITAÇÃO

ESCOAMENTO AXIAL

3 , 1 2 , 1 a K ≅

(48)

SISTEMAS DE AGITAÇÃO

ESCOAMENTO AXIAL

4 , 0 3 , 0 a K ≅

(49)

Unidades de Floculação

Dimensionamento

•

Gradientes de velocidade situados entre Gradientes de velocidade situados entre 80 s

80 s--11 _{e 20 s}_{e 20 s}--11

•

Gradientes de velocidade escalonados e Gradientes de velocidade escalonados e decrescentes de montante para jusante

decrescentes de montante para jusante

•

03 a 05 câmaras de floculação em série03 a 05 câmaras de floculação em série

•

Tempo de detenção hidráulico situado Tempo de detenção hidráulico situado entre 20 e 40 minutos (Tratamento

(50)