ESCOLA POLITÉCNICA DA USP DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA HIDRÁULICA E SANITÁRIA PHD SANEAMENTO I. Floculação

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1 ESCOLA POLITÉCNICA DA USP DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA HIDRÁULICA E SANITÁRIA PHD SANEAMENTO I Floculação Prof. Dr. Roque Passos Piveli Prof. Dr. Sidney Seckler Ferreira Filho PHD-2411 Saneamento I 1

2 Água Bruta Pré-tratamento Coagulação Coagulação Coagulação Filtração lenta Filtração Pré-floculação Filtração Floculação Sedimentação Desinfecção Fluoretação Correção de ph Filtração lenta Desinfecção Fluoretação Correção de ph Filtração em linha Desinfecção Fluoretação Correção de ph Filtração direta Filtração descendente Desinfecção Fluoretação Correção de ph Tratamento completo PHD-2411 Saneamento I 2

3 Tratamento Convencional de Águas de Abastecimento Agente oxidante CAP Coagulante Alcalinizante Agente oxidante Polímero Manancial Coagulação Floculação Sedimentação Polímero Agente oxidante Correção de ph Fluoretação Desinfecção Filtração Água final Alcalinizante Flúor Agente oxidante PHD-2411 Saneamento I 3

4 Distribuição de tamanho de partículas em águas naturais 10-3 µm 1 µm Partículas dissolvidas Partículas coloidais Partículas em suspensão Cor real SDT Compostos dissolvidos 0,45 µm Turbidez Cor aparente SST PHD-2411 Saneamento I 4

5 COAGULANTES EMPREGADOS EM ENGENHARIA AMBIENTAL Sulfato de alumínio (sólido ou líquido) Cloreto férrico (líquido) Sulfato férrico (líquido) Cloreto de polialumínio (sólido ou líquido) Sulfato ferroso (sólido ou líquido) Coagulantes orgânicos catiônicos (sólido ou líquido) PHD-2411 Saneamento I 5

6 DOSAGENS DE COAGULANTE USUALMENTE EMPREGADOS NO TRATAMENTO DE ÁGUAS DE ABASTECIMENTO Sulfato de alumínio (10 mg/l a 60 mg/l) Cloreto férrico (5 mg/l a 50 mg/l) Sulfato férrico (8 mg/l a 70 mg/l) Coagulantes orgânicos catiônicos (1 mg/l a 4 mg/l) PHD-2411 Saneamento I 6

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 Processo Físico (Transporte) Estabilidade do Colóide (Coagulação) PHD-2411 Saneamento I 7

8 Floculação:Objetivo Água bruta Água coagulada Água floculada Frequência relativa d p > d c Partículas sedimentáveis Diâmetro crítico Diâmetro das partículas PHD-2411 Saneamento I 8

9 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. PHD-2411 Saneamento I 9

10 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). PHD-2411 Saneamento I 10

11 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. PHD-2411 Saneamento I 11

12 CONCEITO: GRADIENTE DE VELOCIDADE dy dz dv v +. dy dy v dp ot = df. v dv dp ot = τ. da. v +. dy τ. da. v dy dv dp ot = τ. da.. dy dy dv dp ot = τ.. dx. dy. dz dy dx dv dv dp ot = µ... dx. dy. dz dy dy PHD-2411 Saneamento I 12

13 CONCEITO: GRADIENTE DE VELOCIDADE dv v +. dy dy dv dv dp ot = µ... dx. dy. dz dy dy dy dv dp ot = µ.. dx. dy. dz dy 2 dz v G dv = dy dp ot = µ. G. dx. dy. dz 2 dx G = Pot µ. V ol PHD-2411 Saneamento I 13

14 CONCEITO: GRADIENTE DE VELOCIDADE G dv = dy G P ot = G=Gradiente de velocidade (s -1 ) µ. Vol G = Pot γ. Q. H γ. H = = µ. V µ. V µ. θ ol ol h G = γ. Q. H µ. V = γ. V. A. H µ. V = γ. V. H µ L ol ol. PHD-2411 Saneamento I 14

15 Processo de Floculação Floculadores hidráulicos Floculadores hidráulicos de fluxo horizontal Floculadores hidráulicos de fluxo vertical Floculador Alabama Floculadores em meio poroso PHD-2411 Saneamento I 15

16 Processo de Floculação Floculadores Hidráulicos PHD-2411 Saneamento I 16

17 Processo de Floculação Floculadores Hidráulicos PHD-2411 Saneamento I 17

18 Processo de Floculação Floculadores Hidráulicos PHD-2411 Saneamento I 18

19 PROCESSO DE FLOCULAÇÃO ETA DUARTINA (SABESP) FLOCULADOR DE FLUXO HORIZONTAL PHD-2411 Saneamento I 19

20 PROCESSO DE FLOCULAÇÃO ETA DUARTINA (SABESP) FLOCULADOR DE FLUXO HORIZONTAL PHD-2411 Saneamento I 20

21 PROCESSO DE FLOCULAÇÃO ETA RIBEIRÃO DA ESTIVA FLOCULADOR DE FLUXO VERTICAL PHD-2411 Saneamento I 21

22 PROCESSO DE FLOCULAÇÃO ETA RIBEIRÃO DA ESTIVA FLOCULADOR DE FLUXO VERTICAL PHD-2411 Saneamento I 22

23 PROCESSO DE FLOCULAÇÃO ETA ALDEIA DA SERRA FLOCULADOR ALABAMA PHD-2411 Saneamento I 23

24 PROCESSO DE FLOCULAÇÃO ETA ALDEIA DA SERRA FLOCULADOR ALABAMA PHD-2411 Saneamento I 24

25 PROCESSO DE FLOCULAÇÃO ETA ALDEIA DA SERRA FLOCULADOR ALABAMA PHD-2411 Saneamento I 25

26 Processo de Floculação Dispositivos mecânicos Agitadores de fluxo radial Agitadores de fluxo axial Agitadores de fluxo radial e axial PHD-2411 Saneamento I 26

27 SISTEMAS DE AGITAÇÃO ESCOAMENTO AXIAL E RADIAL PHD-2411 Saneamento I 27

28 SISTEMAS DE AGITAÇÃO ESCOAMENTO AXIAL E RADIAL PHD-2411 Saneamento I 28

29 PROCESSO DE FLOCULAÇÃO ETA ALTO DA BOA VISTA PHD-2411 Saneamento I 29

30 PROCESSO DE FLOCULAÇÃO ETA ALTO DA BOA VISTA PHD-2411 Saneamento I 30

31 PROCESSO DE FLOCULAÇÃO ETA GUARAÚ (SABESP) PHD-2411 Saneamento I 31

32 PROCESSO DE FLOCULAÇÃO ETA GUARAÚ (SABESP) PHD-2411 Saneamento I 32

33 PROCESSO DE COAGULAÇÃO ETA ANHANGABAÚ PHD-2411 Saneamento I 33

34 PROCESSO DE FLOCULAÇÃO ETA ANHANGABAÚ PHD-2411 Saneamento I 34

35 PROCESSO DE COAGULAÇÃO ETA ANHANGABAÚ PHD-2411 Saneamento I 35

36 PROCESSO DE FLOCULAÇÃO ETA 3 e 4 - SANASA PHD-2411 Saneamento I 36

37 PROCESSO DE FLOCULAÇÃO ETA 3 e 4 - SANASA PHD-2411 Saneamento I 37

38 PROCESSO DE FLOCULAÇÃO ETA 3 e 4 - SANASA PHD-2411 Saneamento I 38

39 PROCESSO DE FLOCULAÇÃO ETA ALTO TIÊTE (SABESP) PHD-2411 Saneamento I 39

40 PROCESSO DE FLOCULAÇÃO ETA ALTO TIÊTE (SABESP) PHD-2411 Saneamento I 40

41 PROCESSO DE FLOCULAÇÃO ETA ALTO TIÊTE (SABESP) PHD-2411 Saneamento I 41

42 CÁLCULO DO GRADIENTE DE VELOCIDADE Agitadores de fluxo radial Agitadores de fluxo axial F P a ot Pot = Fa. v C = d C = d. ρ. A 2 2 p. ρ. A p. v 2. v 3 P ot = K T 3.. ρ. n D 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) 5 PHD-2411 Saneamento I 42

43 CÁLCULO DO GRADIENTE DE VELOCIDADE G = P µ. V ot ol Agitadores de fluxo axial P ot = K.. n 3. D 5 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) Tipo de rotor Hélice propulsora marítima (3 hélices) Turbina (seis palhetas retas) Turbina (seis palhetas curvas) Turbina com quatro palhetas inclinadas a 45 0 Turbina com quatro palhetas inclinadas a 32 0 Turbina com seis palhetas inclinadas a 45 0 Valor de K T 0,87 5,75 4,80 1,27 1,0 a 1,2 1,63 PHD-2411 Saneamento I 43

44 SISTEMAS DE AGITAÇÃO ESCOAMENTO RADIAL K T 5 a 5,5 PHD-2411 Saneamento I 44

45 SISTEMAS DE AGITAÇÃO ESCOAMENTO RADIAL K T 1,5 a 2,0 PHD-2411 Saneamento I 45

46 SISTEMAS DE AGITAÇÃO ESCOAMENTO AXIAL K T 0,5 a 0,8 PHD-2411 Saneamento I 46

47 SISTEMAS DE AGITAÇÃO ESCOAMENTO AXIAL K T 1,2 a 1,3 PHD-2411 Saneamento I 47

48 SISTEMAS DE AGITAÇÃO ESCOAMENTO AXIAL K T 0,3 a 0,4 PHD-2411 Saneamento I 48

49 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) PHD-2411 Saneamento I 49

50 Muito obrigado!!! PHD-2411 Saneamento I 50