Questionar verdades absolutas é muito importante nos projetos de engenharia

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1 Capítulo 2: Tratamento Preliminar: 2.1 Introdução. A despoluição dos córregos acontece através de vários mecanismos, sendo que os principais são: o tratamento do esgoto, o reuso da água e a mudança de hábito. O tratamento de esgoto pode ser definido, como a retirada de poluentes da água, através de processos biológicos, químicos ou por meio de operações físicas. O reuso da água, refere-se a seu reaproveitamento para usos menos restritivos; Como exemplo, pode ser citada a utilização da água da pia do lavatório, sendo esta retornada para água do vaso sanitário. É importante perceber que a água do vaso sanitário não requer a presença de flúor. A mudança de hábito por parte da população pode ocorrer em residências, através da diminuição da descarga de dejetos, tanto pelo vaso sanitário (papel higiênico, fios de cabelo e produtos de limpeza), como pelo lavatório (restos de comida e produtos de limpeza). Nas indústrias seriam necessárias mudanças na forma de produção, ou seja, estudar a maneira de produção que forme o menor número de resíduos possível. Neste curso estaremos dando ênfase, principalmente para o tratamento de esgoto: Entretanto cabe lembramos, que a mudança de hábito e o reuso são quase sempre mais eficazes e de menor custo de implantação e operação. Ter coragem de projetar e questionar verdades absolutas é muito importante; infelizmente vemos que os livros editados na década de 1990 apresentam poucas mudanças tecnológicas em relação aos publicados na década de Esta apostila tentará mostrar possibilidades diferentes das convencionais, dandose ênfase ao lado prático do Tratamento de Esgoto. É prioridade, o entendimento dos principais conceitos para que o leitor consiga assimilar com facilidade, as diferenças entre os vários tipos de unidades existentes, para se tratar águas residuárias. Questionar verdades absolutas é muito importante nos projetos de engenharia 92

2 O tratamento de águas residuárias pode incluir várias técnicas e pode ser realizado, de maneira a garantir um grau de tratamento compatível com as condições desejadas pelo rio. As diversas fases ou graus de tratamento convencional costumam ser classificados como: a) Tratamento Preliminar: Destina-se à preparação das águas de esgoto para uma disposição ou tratamento subsequente. As unidades preliminares podem compreender: - Grades ou desintegradores; - Caixas de areia ou desarenadores; - Tanques de remoção de óleos e graxas; - Aeração preliminar; - Tratamento dos gases. b) Tratamento Primário: Além das operações preliminares poderá incluir: - Decantação primária; - Precipitação química; - Digestão dos lodos; - Disposição sobre o terreno, incineração ou afastamento dos lodos resultantes; - Desinfecção; - Filtros grosseiros. c) Tratamento Secundário: São aqueles que apresentam tratamento biológico: - Filtração biológica aeróbia; - Filtração biológica anaeróbia; - Lodos ativados; - Reatores anaeróbios. d) Tratamento Terciário: São aqueles que objetivam a remoção de nutrientes: - Tratamento avançado; - Tratamento combinado. 93

3 2.2 Separação sólido/líquido Separação de Sólidos Grosseiros em Suspensão. A separação de sólidos grosseiros em suspensão, presentes em efluentes líquidos pode ser feita, através das operações de gradeamento e peneiramento. a) Gradeamento: São dispositivos constituídos por barras paralelas e igualmente espaçadas que destinam-se a reter sólidos grosseiros em suspensão e corpos flutuantes. O gradeamento é a primeira unidade de uma estação de tratamento de esgoto, sendo que essa unidade, só não deve ser prevista, na ausência total de sólidos grosseiros no efluente a ser tratado. Tabela 1. Aberturas ou espaçamentos e dimensões das barras : Tipo de grade: Grosseira Média Fina Espaçamento (mm): Espessuras mais usuais (mm): e e e e e e10 Tabela 2. Eficiência do sistema de gradeamento (E): 40 8 e , 8 e , 8 e , 8 e 10 t a = 20 mm a = 25 mm a = 30 mm 6 mm 75 % 80 % 83,4 % 8 mm 73 % 76,8 % 80,3 % 10 mm 67,7 % 72,8 % 77 % 13 mm 60 % 66,7 % 71,5 % a: espaço entre as barras; t: espessura das barras; 94

4 O sistema de gradeamento pode conter uma ou mais grades. As grades grosseiras são utilizadas, quando o esgoto apresenta grande quantidade de sujeira. Nas grades são retidas pedras, pedaços de madeira, brinquedos, animais mortos e outros objetos de tamanho elevado. As grades média e fina devem ser utilizadas para retirada de partículas, que ultrapassam o gradeamento grosseiro. As grades fina e média só devem ser instaladas, sem o gradeamento grosseiro, no caso de remoção mecânica dos resíduos. - Dimensionamento da área necessária para o canal das barras As velocidades recomendadas através das barras são de: Máxima: 0,75 m/s; Mínima: 0,40 m/s. Esses valores devem ser verificados para as velocidades máxima, média e mínima. S (área do canal) = A u / E; Au = área livre = A u = Q/V; E = Eficiência (Tabela 2); A altura da lâmina de água, a montante da grade é determinada pelo nível de água, da unidade subsequente e pela perda de carga na grade. - Perda de carga nas grades: Hf = 1,43 (V2 + v 2 ) / 2. g V = Velocidade através das grades (usual = 0,6 m/s); v = Velocidade a montante da grade = V. E; g = 9,8 m/s 2 ; Hf = perda de carga nas barras. Deve-se também calcular, a perda de carga, nos casos em que a grade fica 50 % suja; isto é, quando a velocidade do fluxo se torna duas vezes maior. 95

5 Tabela 3: Composição do material retido nas grades. Papéis 10 a 70 % Estopa 10 a 20 % Trapos e panos 5 a 15 % Materiais diversos 20 a 60 % Material volátil 85 % Fonte: DAE Departamento de Água e Esgoto do Estado de São Paulo (1969); Após retido pelo sistema de gradeamento, o material deve ser removido e exposto a luz, para secar, sendo em seguida encaminhado para um aterro sanitário ou incineração. Para pequenas estações (vazão < 5 l/s), pode-se enterrar este material, desde que, adequadamente. Deve-se ter vários cuidados para que não ocorra o acúmulo de resíduos no gradeamento, para consequentemente não haver mau cheiro. 45 º a 60 º t a Limpeza manual com rastelo Obs.: É necessário prever acesso, para o operador manusear adequadamente o rastelo e local para secagem e disposição diária do resíduo, até que o mesmo seja levado para o aterro. 96

6 b) Peneiramento: O peneiramento tem como objetivo principal, a remoção de sólidos grosseiros com granulometria maior que 0,25 mm. As peneiras podem ser classificadas em estáticas e rotativas. Estas devem ser usadas principalmente, em sistemas de tratamento de águas residuárias industriais, sendo que, em muitos casos, os sólidos separados podem ser reaproveitados. Podem ser utilizadas anteriormente aos Reatores Anaeróbios, já que estes apresentam ótimo desempenho no tratamento de efluentes líquidos, com baixas concentrações de matéria orgânica solúvel e particulada. O aparecimento de peneiras mecanizadas tende a mudar o uso quase exclusivo do gradeamento, no tratamento preliminar de esgotos sanitários. - Peneiras estáticas: Neste tipo de operação o efluente flui na parte superior, passando pela peneira inclinada, sendo posteriormente encaminhado para unidade seguinte. Os sólidos fixados na peneira são empurrados pela força do próprio efluente. Este tipo de peneira é muito empregado nas indústrias; de celulose e papel, têxtil, nos frigoríficos, curtumes, fábricas de sucos, fecularias, como também na remoção de sólidos suspensos de esgotos sanitários. afluente Sólidos retidos Efluente Peneira estática 97

7 - Peneiras rotativas: Nesta peneira, o efluente penetra através da parte superior da peneira, atravessa as fendas, sendo recolhido na caixa inferior. Os sólidos são removidos por uma lâmina raspadora, sendo recolhido em um vaso coletor. Para dimensionar as peneiras rotativas, é necessário saber a taxa de aplicação, que é determinada pelo fabricante. A = Q / I onde A = área da tela; Q = vazão (m 3 /h); I = Taxa de Aplicação (m3 / m 2. dia) Separação de Partículas Discretas. Partículas discretas são aquelas que durante a sedimentação, não alteram sua forma, peso ou volume. Nos sistemas de tratamento de esgoto doméstico, partículas discretas são quase totalmente constituídas de areia, que surge através do sistema de coleta mau construído. alimentícias. Outras partículas discretas são os cereais, muito encontrados em indústrias As partículas discretas devem ser retiradas antes do processo biológico, devido as suas características abrasivas; por serem inertes e tenderem a se acumular nos sistemas de tratamento. As partículas de areia devem ser removidas, nas unidades de tratamento preliminar, denominadas caixas de areia ou desarenadores. Essas unidades são dimensionadas a partir do conhecimento da velocidade de sedimentação das partículas. Tabela 4: Velocidade de sedimentação em relação ao tamanho da partícula: Tamanho das partículas Fórmula de Allen Valores práticos 1,0 mm 8,5 cm/s 10 cm/s 0,5 mm 4,3 cm/s 5 cm/s 0,3 mm 2,6 cm/s 3 cm/s 0,2 mm 1,7 cm/s 2 cm/s 0,1 mm 0,9 cm/s 1 cm/s 98

8 a- Caixa de Areia e Desarenadores: Planta Baixa Corte Gradeamento, Caixa de Areia e Calha - Velocidade nas caixas de areia: A velocidade recomendada para projeto de caixas de areia é da ordem de 0,30 m/s. A velocidade na caixa de areia deve ser menor do que 0,45 m/s e maior do que 0,10 m/s para qualquer etapa de um projeto. - Largura das caixas de areia: b = Q max / (h max. V) onde b = Largura da caixa de areia; h max = H max + Z; V = Velocidade adotada nos canais. Z = ( Q max. H min Q min. H max ) / ( Q max - Q min ); Q max = Vazão máxima; Q min = Vazão mínima; H máx = altura máxima; H mín = altura mínima. onde H = ( Q / k) 1 / n ; 99

9 Tabela 5. Valores de n e k: W N K 3 1,547 0, ,580 0, ,53 0, ,522 0, ,550 1,426 Tabela 6: Valores de vazão (l/s), nos medidores Parshall: H (cm) Garganta W ,8 1,4 2,5 3,1 4 1,2 2,3 4,0 4,6 5 1,5 3,2 5,5 7,0 6 2,3 4,5 7,3 9,9 7 2,9 5,7 9,1 12,5 8 3,5 7,1 11,1 14,5 9 4,3 8,5 13,5 17,7 10 5,0 10,3 15,8 20,9 11 5,8 11,6 18,1 23,8 12 6,7 13,4 21,0 27,4 13 7,5 15,2 23, ,5 17,3 26,6 34,8 15 9,4 19,1 29,2 38, ,8 21,1 32,4 42, ,4 23,2 35,6 46, ,4 25,2 38, ,5 27,7 42,3 55, , ,7 59, ,6 42,5 64,2 83, ,4 57,0 85,0 111, ,4 72,2 106,8 139, ,5 89,5 131,0 170, ,0 107,0 157,0 203, ,0 240, ,0 277, ,0 314, , ,0 100

10 - Comprimento da caixa de areia (m): Tabela 7: Valores de taxa de escoamento superficial (m 3 /m 2.dia): Diâmetro médio % Remoção (mm) 100 % 90 % 85 % 0, , , A taxa de escoamento superficial é utilizada, para verificação do cálculo de diversas unidades de tratamento de água e de esgoto. Através de dados de estações operando, pode-se obter valores para comparação com os dados de projeto. Para caixas de areia, o valor adotado para a boa eficiência deve variar entre 600 e 1200 m 3 /m 2.dia, ou seja, em cada m 2 de área superficial, é possível passar uma vazão entre 600 e 1200 m 3 /dia. No caso de uma caixa de areia com área de 5 m 2, pode-se ter uma vazão entre 3000 e 6000 m 3 /dia. L = V. h máx / (Q/A) onde; L = comprimento da caixa de areia (m); Q/A = Taxa de escoamento superficial (m 3 /m 2.dia); V = Velocidade no canal (m/s); h máx = altura da lâmina d água. Considerando-se: velocidade = 0,30 cm/s; Q/A = 1150 m 3 /m 2.dia (0,0133 m/seg); É possível obter uma eficiência de 90 %, na remoção de partículas maiores que 0,25 mm. Se L = 0,3. h máx / 0,0133, então L = 22,5. h máx ; - Área da seção transversal da caixa de areia ( m 2 ): S = b. h máx ; Obs.: Ao se calcular uma caixa de areia deve-se, após o dimensionamento, verificar se as velocidades e as taxas de escoamento superficial estão dentro dos valores descritos. 101

11 Tabela 8: Verificação das dimensões da caixa de areia. Q m 3 /s H m h m b(m) S(m 2 ) L (m) Velocidade (m/s) Taxa (m 3 /m 2.dia) Q máx H máx H máx b S máx L 0,15 < v < 0, < TES < 1200 Q méd H méd H méd b S méd L 0,15 < v < 0, < TES < 1200 Q mín H mín H mín b S mín L 0,15 < v < 0, < TES < 1200 Tabela 9: Dimensões do vertedor Parshall: W A B C D E F G K N L / S Pol Cm Cm Cm Cm Cm Cm Cm Cm Cm Cm Q mín Q máx 3 7,6 46,6 45,7 17,8 25,9 61,0 15,2 30,5 2,5 5,7 0,85 53,8 6 15,2 62,1 61,0 39,4 32,1 61,0 30,5 61 7,6 11,4 1,42 110,4 9 22,9 88,0 86,4 38,0 57,5 76,3 30,5 45,7 7,6 11,4 2,55 251, ,5 137,2 134,4 61,0 84,5 91,5 61,0 91,5 7,6 22,9 3,11 455, ,7 144,9 142,0 76,2 102,6 91,5 61,0 91,5 7,6 22,9 4,25 696, ,0 152,5 149,6 91,5 120,7 91,5 61,0 91,5 7,6 22,9 11,89 936,7 A 102

12 b Caixa de areia circular: Neste tipo de caixa, a areia também é retirada na entrada da estação de tratamento de esgoto; o que a diferencia das caixas de areia retangulares é a ocupação do espaço. Apesar de ocupar a mesma área, este tipo de unidade pode adequar-se melhor ao espaço disponível para sua instalação. Em casos que não exista área suficiente para a instalação de caixas de areia retangulares, devido ao seu grande comprimento, pode-se projetar caixas de areia com formato circular. Fonte: Projeto de estação Pré-Fabricada em fibra de vidro. O cálculo das caixas de areia circular deve considerar a mesma taxa de escoamento superficial, adotadas no cálculo de caixas de areia retangulares. Devem ser usadas para população menor que habitantes. - Falhas operacionais dos desarenadores: Algumas evidências de falhas na operação são, o aparecimento de excesso de matéria orgânica no material removido, que pode ser causado, pela variação na velocidade do canal e pelo tempo de retenção muito longo; este pode ser prevenido com a instalação de um sistema de aeração. Outra evidência é o arraste de areia no efluente, causado pela velocidade do esgoto, ser maior do que a do projeto, ou por haver demora na limpeza das caixas de areia. Isto pode ser prevenido, com o uso de duas caixas em paralelo e pela limpeza com maior freqüência. 103

13 2.3 Caixa de gordura: Os líquidos, as pastas e demais corpos não miscíveis com a água, mas que têm peso específico menor, e portanto tendem a flutuar na superfície, podem ser retidos por dispositivos muito simples, denominados caixas de gordura. Os esgotos domésticos possuem grande quantidade de óleos, graxas e outros materiais flutuantes. Existe então, a necessidade da remoção destes materiais para se evitar: obstruções dos coletores, aderência nas peças especiais das redes de esgoto, acúmulo nas unidades de tratamento e principalmente aspectos desagradáveis no corpo receptor. As características de uma caixa de gordura dependem, da localização onde será instalada, do tipo de efluente e da quantidade de esgoto a ser tratado. Os principais sistemas são: - Caixa de gordura domiciliar; - Caixa de gordura coletiva; - Remoção de gordura nas unidades de tratamento; - Tanques aerados ou flotadores; - Separadores de óleo. Suas características físicas devem ser dimensionadas para as seguintes condições: - Capacidade de acumulação de gordura entre cada limpeza; - Condições de tranqüilidade hidráulica; - Entrada e saída projetados para permitir escoamento do efluente; - Distâncias mínimas respeitadas; - Condições de vedação para maus odores e contato com insetos e roedores. As gorduras são normalmente originadas, dos esgotos de cozinha, ou de despejos industriais típicos. Possuem capacidade de se agrupar, alterando o tempo de detenção de acordo com a velocidade de ascensão; esta velocidade pode ser observada em cilindros graduados, pela determinação do tempo necessário para formar uma camada de escuma na superfície do líquido. 104

14 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 25 º 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 (m 2 ) = Q (m 3 / h) / V(m/h); V (m/h) = H (m) / T (h); 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. - Volume de gordura acumulada por tempo; V g (l/s) = Q m (l/s). y (mg/l) / C (mg/l); V g = 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. - Tempo necessário entre cada limpeza: T(s) = V g (l/s) / V(l); T = tempo entre as limpezas; V g = volume de gordura acumulado por tempo; V = volume de reservação. 105

15 - 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. Caixa de gordura retangular Caixa de Gordura Circular 106

16 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. 107

17 As taxas de escoamento superficial (TES) são determinadas em função do tempo. TES = H / t TES = Taxa de escoamento superficial (m 3 / m 2.dia). H = altura do decantador; T = tempo da análise. 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 m 3 /m 2.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 situarse entre 3 e 5. A descarga de fundo deve apresentar a seguinte área: S = A. H 1/2 / 4850 T. Onde, 108

18 A = área do decantador, (m 2 ); T = tempo para esvaziamento, (horas); H = altura da água sobre o eixo do conduto, (m); S = Área necessária para o condutor, (m 2 ). 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 afluente motor efluente Decantadores com limpeza mecanizada 109

19 Decantador convencional com escoamento vertical 110

20 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 Fr F2 F2 F1 F1 Partícula sedimentando Agregação ar partícula Floco menos denso Velocidade ascensional 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; Saída do material flotado bomba Compressor de ar Câmara de flotação efluente afluente Sem Pressurização do Afluente 111

21 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; Saída do material flotado bomba Câmara de Saturação Câmara de flotação efluente afluente Pressurização Parcial do Afluente Câmrara de Saturação Câmara de Flotação efluente afluente Pressurização Total do Câmara Saturação efluente afluente Pressurização da Recirculação 112

22 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: - 1 a 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 m 3 /m 2.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: Válvula de segurança ventosa 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. dreno manômetro rotâmetro Câmara de Saturação 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. 113

23 2 a 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 gássólido. 3 a 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. É de se esperar, que quanto maior a quantidade de bolhas aderidas, maior será a velocidade de ascensão. Esta condição está expressa pela relação A R /Sólidos (A/S), que é o parâmetro mais importante no processo de flotação. 114

24 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. X o ; Ver isto 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); X o = concentração de sólidos na água residuária; R = vazão de recirculação; Q = Vazão afluente. 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) / X o ; 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); X o = concentração de sólidos na água residuária; R = Razão de recirculação; Q = Vazão afluente. 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. 115

25 Tabela 10: Resumo para parâmetros de Projeto de Flotadores: Taxa de Aplicação Superficial no Tanque de Flotação 100 a 150 m 3 /m 2.dia Área do Tanque de Flotação com pressurização total A flotador = Q afluente / TAS Área do Tanque de Flotação recirculação pressurizada A flotador = ( Q aflue. + Q recir. ) / TAS Para Tanque retangular Comprimento = 2,5 x largura Placa defletora da zona de contato Angulo = 60 º Taxa de Aplicação Superficial na Câmara de Saturação 400 a 600 m 3 /m 2.dia A/S (com recirculação ) 1,3. S a. (f. P 1). Q rec / S. Q a 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) Flotador retangular 116

26 2.5 Tratamento dos Gases: Um dos problemas encontrados, para a instalação de estações de tratamento de esgoto em centros urbanos são os odores exalados devido a liberação de gases. Os principais gases formados nas reações destinadas ao tratamento de esgoto são: o nitrogênio (N 2 ), o gás carbônico (CO 2 ), o metano (CH 4 ), o gás sulfídrico (H 2 S), o Oxigênio (O2) e o Hidrogênio (H 2 ) conforme tabela abaixo. Componente Teores limites Valor mediano CH % 67 % CO % 30 % N % 3 % H % 3 % O % 0,4 % H 2 S 0,004 0,9 % 0,01 % Fonte: DAE (1969) A legislação Brasileira, que estabelece padrões para a emissão de gases é a resolução CONAMA nº 3, de 28 de junho de As estações de tratamento de esgoto respeitam estes padrões, mas apesar disso, os gases devem ser tratados adequadamente, devido a possibilidade de ocorrer mau odor e explosão. O gás metano caracteriza-se, por ser combustível e inflamável; requerendo, portanto, cuidados com risco de explosão. Já o gás sulfídrico tem como principal característica, o mau odor, que pode gerar sérios problemas, se o mesmo acumular-se em locais fechados. Reação Humana Concentração de H 2 S (ppm) Odor incomodo 0,1 a 3 Odor Ofensivo 3 a 10 Náusea 10 a 50 Enjôo 50 a 100 Irritação Respiratória 100 a 300 Edema Pulmonar 300 a 500 Sistema Nervoso Atacado 500 a 1000 Letalidade 1000 a