Saneamento Ambiental I. Aula 13 Coagulação e Floculação

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1 Universidade Federal do Paraná Engenharia Ambiental Saneamento Ambiental I Aula 13 Coagulação e Floculação Profª Heloise G. Knapik 1

2 Conteúdo Módulo 2 Parâmetros de qualidade de água - Potabilização Coagulação e Floculação Sedimentação e Decantação Flotação Filtração Desinfecção Reuso de água 2

3 Etapas Tratamento Convencional de Água Manancial Coagulação Agente oxidante CAP (Carvão ativado em pó) Coagulante Alcalinizante Agente oxidante Floculação Polímero Sedimentação Filtração Polímero / Agente oxidante Desinfecção Agente oxidante Fluoretação Correção de ph Alcalinizante Flúor Água final

4 Tratamento convencional Produtos Químicos Oxidantes: ozônio, cloro, dióxido de cloro, peróxido de hidrogênio Alcalinizantes: cal ou hidróxido de sódio Coagulantes: sais de ferro e de alumínio, polímeros Desinfetantes: cloro, ozônio Correção de dureza: cal, carbonato de sódio Controle de corrosão: cal, carbonato de sódio, silicato Adsorvente: carvão ativado particulado (CAP) ou granular (CAG) 4

5 Coagulação Definição Operação unitária responsável pela desestabilização das partículas coloidais em um sistema aquoso, preparandoas para a sua remoção nas etapas subsequentes do processo de tratamento. 5

6 Coagulação Aspectos Químicos Mecanismos de desestabilização de partículas coloidais: Compressão da dupla camada Adsorção-neutralização Varredura Ponte interparticular 6

7 Coagulação Aspectos Químicos Exemplos de coagulantes: Sulfato de alumínio (sólido ou líquido) Cloreto férrico (líquido) Sulfato férrico (líquido) Cloreto de polialumínio (sólido ou líquido) Coagulantes orgânicos catiônicos (sólido ou líquido) 7

8 Coagulação Aspectos Químicos Sulfato de alumínio: sólido ou líquido 8

9 Coagulação Aspectos Químicos Comportamento dos sais de alumínio e ferro em meio aquoso: 9

10 Coagulação Aspectos Químicos Sulfato de Alumínio - Al 2 (SO 4 ) 3 Vantagens Dissolve facilmente na água Produz íons carregados positivamente Não produz coloração marrom-avermelhada (ferro) Desvantagens Efetivo apenas em certas faixas de ph (6,0 a 8,0) A floculação pode não ser possível em certas águas 10

11 Coagulação Aspectos Químicos Sulfato ferroso FeSO 4 Vantagens Forma flocos mais pesados que o Al; Em ph elevado pode ser utilizado para remoção de cor Desvantagens Necessita adição de cal; Formação de flocos frágeis (apesar de pesados) Insolúvel em ph 7,0 a 8,5 11

12 Coagulação Aspectos Químicos Sulfato férrico Fe 2 (SO 4 ) 3 Vantagens Dissolve facilmente em água Coagulação possível para ph < 4 Em ph elevado pode ser utilizado para remoção de cor Desvantagens Preço elevado (5 vezes o valor do sulfato de alumínio) Em águas aquecidas, necessita de coadjuvantes para a reação de coagulação 12

13 Coagulação Aspectos Químicos Fatores que prejudicam e/ou diminuem a eficiência do processo de coagulação: Tipo de coagulantes ph Alcalinidade da água bruta Natureza e distribuição das partículas (cor e turbidez) Uniformidade na aplicação dos produtos Concentração e prazo de validade da solução coagulante Temperatura da água Gradiente de velocidade e o tempo de agitação na unidade de mistura rápida (1 a 5 minutos) 13

14 Coagulação Aspectos Químicos Ensaio de laboratório Jar-test: definição do ph, dose ótima de coagulantes e tempo de agitação 14

15 Coagulação Aspectos Químicos: Tipo de coagulante Dosagem de coagulante ph de coagulação Qualidade da água bruta Aspectos Hidráulicos: Dispersão do coagulante na fase líquida Características físicas da estação de tratamento de água 15

16 Coagulação Dispositivos Hidráulicos Calhas Parshall Vertedores retangulares Malhas difusoras Injetores 16

17 Coagulação Tipos de misturadores hidráulicos 17

18 Coagulação Tipos de misturadores hidráulicos Vertedor Retangular

19 Coagulação Tipos de misturadores hidráulicos Calha Parshall 19

20 Coagulação Injeção de Coagulante 20

21 Injeção de Coagulação ETA Guaraú, SP Vazão: 33 m³/s 21

22 Injeção de Coagulação ETA Miringuava, PR 22

23 Injeção de Coagulação ETA Miringuava, PR Vazão: 898 L/s 23

24 Floculação Definição A floculação é uma das operações unitárias de clarificação no sistema de tratamento de água, que se constitui em um conjunto de fenômenos físicos no qual as partículas coloidais são colocadas em contato umas com as outras, de modo a permitir o aumento do seu tamanho físico (aumento da granulometria), com o objetivo de reduzir o número de partículas suspensas e coloidais da massa líquida (remoção dos flocos) 24

25 Floculação Mecanismos de transporte Floculação pericinética (movimento Browniano) Floculação por sedimentação diferencial Floculação ortocinética (gradientes de velocidade) 25

26 Floculação Aspectos Gerais Ocorre a formação dos flocos em tanques cujo dimensionamento é em função do tempo de detenção e gradiente de velocidade específicos. A floculação poderá ser hidráulica ou mecânica: Floculadores hidráulicos: 20 a 30 minutos Floculadores mecânicos: 30 a 40 minutos 26

27 Tanques de Floculação ETA Miringuava, PR 27

28 Floculação Dispositivos mecânicos Agitadores de fluxo radial Agitadores de fluxo axial Agitadores de fluxo radial e axial 28

29 Floculação Agitadores mecanizados

30 Floculação Dispositivos hidráulicos Floculadores hidráulicos de fluxo horizontal Floculadores hidráulicos de fluxo vertical Floculador Alabama 30

31 Floculação Dispositivos hidráulicos 31

32 Floculação Dispositivos hidráulicos 32

33 Floculação Dispositivos hidráulicos 33

34 Floculação Dispositivos hidráulicos 34

35 Floculação Dispositivos hidráulicos Diretrizes para projeto Tempo de detenção mínimo: 20 minutos Velocidade nos canais de escoamento: 0,1 a 0,4 m/s Velocidade nas curvas: 2/3 da velocidade nos canais Distância mínima entre chicanas: 0,6 m Coeficiente de perda de carga em curva 180º: 2,5 a 4,0 (Recomendado: 3,2) 35

36 Lay-out de ETAs Coagulação e Floculação 36

37 Lay-out de ETAs Coagulação e Floculação 37

38 Lay-out de ETAs Coagulação e Floculação 38

39 Canaleta Água Filtrada C analeta Água D ecantada C analeta Á gua Floculada Lay-out de ETAs Chegada Água In-natura Calha Parschall Chicanas Saída Água Filtrada para o Reservatório Filtro Filtro Decantador Decantador Filtro Decantador Filtro Decantador 39

40 Etapas do Tratamento Convencional Coagulação: Adição de coagulante para desestabilizar as partículas (mistura rápida na água bruta) Floculação: Formação de flocos (mistura lenta em tanques específicos) Decantação: Remoção dos flocos via força da gravidade (processo lento) Flotação: Remoção superficial dos flocos (processo com aeração forçada) 40