Aula 3: Mistura Lenta

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1 Curso: Engenharia Civil Disciplina: Sistema de Tratamento de Água e Esgoto Prof(a): Marcos Heleno Guerson de O Jr Nota de Aula! Aula 3: Mistura Lenta Introdução O fundamento da mistura lenta, também chamada de floculação é a formação de flocos sedimentáveis de suspensões finas através do emprego de coagulantes. A floculaçâo tem por finalidade aumentar as oportunidades de contato entre as impurezas das águas e os flocos que se formam pela reação do coagulante, pois os flocos até então foramdos bem como as impurezas ainda dispersas não têm peso suficiente para se sedimentarem por peso próprio. Uma vez desestabilizadas as partículas coloidais, é necessário reuní-las umas às outras, formando os flocos. Para tanto, deve-se manter a água em agitação durante certo tempo, de forma que as partículas desestabilizadas choquem-se entre si. No início, como a quantidade de partículas desestabilizadas é muito grande, tornase necessário uma agitação maior. Com o tempo, essa agitação vai diminuindo para que não se rompa os flocos já formados, o que significa que o floculador vai diminindo sua agitação durante o processo. Floculação Depois da adição do sulfato de alumínio, a água chega aos floculadores, onde pode recebe cloro para uma desinfecção preliminar e polieletrólito, um produto químico que vai ajudar na floculação. Os flocos formados têm aspecto gelatinoso o que facilita o agregamento de partículas na superfície do floco original. Com esses encontros e ao longo do tempo os flocos aumentam de tamanho (acima de 1 mm de diâmetro) e tornamse mais sedimentáveis na fase seguinte, a decantação. Os seguintes parâmetros intervêm no processo: " " " velocidade de escoamento (m/s); tempo de detenção (minutos); gradiente de velocidade (s-1). 1

2 Tipos de Floculadores Normalmente, inicia-se a floculação com muita agitação da água em tratamento, isto é, com gradiente de velocidade mais elevado. Como visto, ao longo do floculador, esse grau de agitação vai sendo reduzido, o que significa uma diminuição do gradiente. Dessa forma, os flocos vão crescendo e tornando-se mais pesados. Existem basicamente duas formas de se efetuar essa agitação: 1. fazendo com que a água percorra um caminho cheio de mudanças de direção - floculadores hidráulicos; ou 2. introduzindo equipamentos mecânicos, capazes de manter a água em constante agitação - floculadores mecanizados. A velocidade de escoamento deve ser maior que 0,10 m/s para evitar a sedimentação de flocos no próprio floculador. Por outo lado não pode ser muito elevada para não quebrar ou romper os flocos já formados. Uma grandeza fundamental no dimensionamento hdráulico de floculador é o tempo de detenção, que depende, inclusive, muito da temperatura da água. No Brasil costuma-se trabalhar valores de 15 a 20 minutos. Também o gradiente de velocidade é um parâmetro usual no projeto de floculadores e, tradiconalmente pode-se empregar as seguintes expressões: agitação hidráulica - G = 3115 (hf / t)1/2 agitação mecânica - G = 685 (P / Qt)1/2 Sendo G = Gradiente em s-1 h,= perda de carga, em m t = período de detenção em segundos P= potência aplicada, em HP Q = vazão, em m3/s. Floculadores Hidráulicos Há vários tipos de floculadores hidráulicos, o mais comum sendo constituído por chicanas, conjunto de cortinas verticais formando compartimentos em série. Dependendo da disponibilidade dessas cortinas o fluxo da água pode ser vetical ou horizontal. É preferível o movimento vertical da água, para cima e para baixo, alternadamente. Nos floculadores de chicanas costuma-se projetar seções variáveis no espaçamento entre cortinas., não necessariamente em um espaçamento variável e continuamente crescente. Muito se projeta em conjuntos de três secções, adotando os valores de G decrescente (80 s-1 até 15 s-1 ) e t de 15 a 20 minutos. A perda de carga em cada chicana pode ser calculada pela experessão " 1,5. V 2 / 2g ". 2

3 Floculadores mecânicos Os floculadores mecânicos devem ser projetados com flexibilidade com três compartimentos em série, para reduzir curto-circuitos. A agitação pode ser conseguida com pás rotativas ou com turbinas verticais, de tipo especial. Os floculadores mecânicos devem ser projetados com flexibilidade com três compartimentos em série, para reduzir curto-circuitos. A agitação pode ser conseguida com pás rotativas ou com turbinas verticais, de tipo especial. 3

4 Dimensionamento de floculadores Floculadores hidráulicos Trata-se do tipo mais numerosos de floculador, especialmente em pequenas e médias estações de tratamento de água. Seu dimensionamento é realizado através do cálculo dos gradientes de velocidade e tempos de detenção eu seus diversos compartimentos, de acordo com o previsto na NBR A turbulência da água é obtida as custas de perda de carga acentuada, o que pode ser constatado pela diferença de cotas entre o nível d água de montante e de jusante. O tipo mais empregado no Brasil é o FLOCULADOR DE CHICANAS que podem ser HORIZONTAIS ou VERTICAIS. O floculador de chicanas verticais é mais comum em estações de pequena capacidade. O floculador de chicanas horizontais é mais empregado para o tratamento de vazões mais elevadas. Recomendações da norma NBR /92 para floculadores hidráulicos do tipo chicanas : " Velocidade dentro dos canais : mínima de 0,10 m/s (para evitar decantação dos flocos no floculador) e máxima de 0,30 m/s (para evitar a quebra dos flocos formados). " O espaçamento mínimo entre chicanas deve ser de 0,60 m, caso não seja dotado de dispositivo de fácil remoção (na prática adotam-se espaçamentos menores do que este pois os dispositivos são removíveis para limpeza e variação do gradiente hidráulico). 4

5 O espaçamento entre a extremidade da chicana e a parede do canal, ou seja a passagem livre entre 2 chicanas consecutivas, deve ser igual a 1,5 vezes o espaçamento entre as chicanas. Isto vale analogamente para os dois tipo de chicanas, conforme figura a seguir : 5

6 Exemplo de Dimensionamento de Floculador Hidráulico 1. Dimensionar um floculador de chicanas horizontais com as seguintes características: " Vazão de projeto a ser tratada (Q) : 120 l/s; " Tempo de detenção total (T) : 20 minutos. " Velocidade de escoamento nos canais (v) : 0,20 m/s. " Espaçamento das chicanas (e) : 0,50 m. " Largura do floculador (a) : 4,75 m. " Coeficiente de rugosidade Manning (η) : 0,012 " Adotar ν = 10-6 m2/s 2. Dimensionar um floculador de chicanas horizontais com as seguintes características e dados (a resolver) : Vazão de projeto a ser tratada : Q = 60 l/s; 6

7 Número de compartimentos : 3; Tempo de detenção total : 24 minutos (adotar tempos iguais de detenção para os compartimentos). Velocidades nos canais dos compartimentos : 0,30 m/s, 0,20 m/s e 0,10 m/s. Tirante de água nos canais : 1,10 m. Comprimento das placas da chicana : adotar 2,40 m Fluculadores mecânicos O Gradiente de velocidade do floculador mecânico pode ser obtido pela seguinte fórmula: 7

8 ! Onde: " G = gradiente de velocidade (s-1) " Q = vazão (m3/s) " T = período de detenção (minutos) " P = potência introduzida na água (H.P) Os floculadores mecânicos devem ser projetados com flexibilidade com três compartimentos em série, para reduzir curto-circuitos. A agitação pode ser conseguida com pás rotativas ou com turbinas verticais, de tipo especial. Bibliografia: Vianna, Marcos. Hidráulica aplicada às estações de tratamento de água. 4ª Edição. Imprimatur Artes, ltda Sperling, Marcos. Introdução à qualidade das águas e ao tratamento de esgotos. Volume 1. 3ª Edição. Universidade Federal de Minas Gerais Filippo, Sandro. Saneamento Básico I. Instituto Militar de Engenharia. Apostila Guedes, Antônio e Carvalho José. Manual de Operação de ETA. CAGEPA. Apostila

9 COPASA. Tratamento de Água. Disponível em Serviço Autônomo de Água e Esgoto de Aracruz. Disponível em Universidade Federal de Campina Grande. Noções de Tratamento de Água. Disponível em 9